인서트, 탭, 심지어 3D 프린팅된 나사까지, 3D 프린팅으로 제작된 파트에 나사를 부착할 방법은 다양합니다.
나사는 모든 재료에서 가장 많이 사용되는 패스너(fastener, 조임용구) 중 하나입니다. 그런데 3D 프린팅 파트에 기성품 나사를 사용할 수 있을까요? 광경화성 수지 조형 방식 (SLA)과 선택적 레이저 소결 방식(SLS)으로 제작된 파트라면 대답은 확실히 예라고 할 수 있습니니다.
이 글에서는 3D 프린팅 파트에 금속 나사를 사용하는 방법을 다양하게 살펴보고 3D 설계 단계에서 나사가 맞물려지는 부분을 직접 설계하는 데 필요한 몇 가지 팁을 제공해드립니다.
3D 프린팅 플라스틱용 3D 프린팅 나사와 나사 인서트의 사용 영상을 확인해보세요.
3D 프린팅 기술을 선택하는 방법
귀하의 니즈에 가장 적합한 3D 프린팅 기술을 찾는 데 어려움을 겪고 계신가요? 이 비디오 가이드에서는 대다수가 구매 전에 고려하는 사항을 전반적으로 다뤄 FDM, SLA 및 SLS 기술을 비교해 드립니다.
3D 프린팅으로 제작된 나사 스레드의 설계 옵션
Formlabs 내에서 수년 동안 고객의 피드백을 기반으로 수집한 3D 프린팅 스레드의 설계 옵션을 다양하게 살펴보겠습니다. 테스트 파트는 이들 옵션을 모두 한 번에 보여주도록 설계했습니다.
다양한 사용 사례에 따라 나열된 각 옵션의 장단점과 함께 고정 유형에 따라 이들 옵션을 그룹으로 묶었습니다.
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금속 스레드에 금속 나사를
이 섹션에서는 여러 번 반복되는 조립 및 분해를 견디고 강력하게 고정되어 오래 유지되는 인서트와 너트를 전체 3D 프린팅 과정에 도입하는 세 가지 방법을 살펴보겠습니다.
확장형 나사 인서트
장점
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3D 프린팅 파트에 매우 잘 고정됨
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금속 스레드는 강하고 내마모성이 있음
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간단히 눌러서 삽입
단점
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고온에서 인서트가 풀릴 수 있음
확장형 나사 인서트는 외부 표면에 미세한 테이퍼와 널링이 있는 원통 모양입니다. 설계 단계에서 인서트의 사양에 맞는 깊이와 직경의 보스를 파트 설계에 넣습니다. 캐비티 내부에 여분의 재료가 남아 있지 않도록 주의하면서 SLA 또는 SLS 후처리의 일반적인 단계에 따라 정상적으로 파트를 프린팅, 후처리하고 간단한 압입으로 인서트를 설치합니다. 나사를 끼우면 널링된 표면이 주변 프린팅 재료로 눌러져 강력한 마찰 결합이 생성됩니다.
SLA 3D 프린팅으로 제작된 3D 프린팅 파트의 확장형 나사 인서트 사용팁: 파트를 정상적으로 세척한 후 나사 인서트를 삽입하고 나사를 끼워넣은 후 나사가 꽂힌 파트를 후경화합니다 이 단계를 마지막 순서로 거치면 인서트가 확장될 때 주변 재료에 균열이 생길 가능성이 줄어듭니다.
히트셋 인서트
장점
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3D 프린팅 파트를 가장 잘 고정함
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금속 스레드는 강하고 내마모성이 있음
단점
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열가소성 플라스틱 (SLS) 파트의 경우 납땜 인두와 냉각 시간이 필요
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열경화성 (SLA) 파트의 경우 접착제와 경화 시간이 필요
히트셋 나사 인서트는 설치용 팁이 있는 납땜 인두를 이용해 열가소성 플라스틱에 설치하도록 설계되었습니다. 또한, SLA 파트 같은 열경화성 소재의 접착 인서트로 사용할 수 있습니다.
SLS 파우더로 프린팅한 것과 같은 열가소성 플라스틱 파트에 설치하려면, 하드웨어별 설치 지침을 따르세요. 일반적으로 주변 플라스틱에 열을 전도하는 인서트를 가열하는 데 납땜 인두를 (팁 교체 가능성과 무관하게) 사용하는 공정을 거칩니다. 주변 재료가 부드러워지면 납땜 인두로 눌러 인서트를 프린팅된 부분에 부드럽게 눌러 넣을 수 있습니다. 나사를 설치하기 전에 재료가 식어 강도를 회복할 수 있도록 충분한 시간을 두십시오.
SLA 레진으로 프린팅된 것과 같은 열경화성 파트에 설치하려면 히트셋 인서트를 제자리에 고정하는 데 접착제를 사용할 수 있습니다. 기존 방법과는 달리 인서트의 가장 넓은 직경과 일치하도록 보스를 설계하고 끼워 넣을 때 제자리에 고정하기 위해 시아노아크릴레이트(CA) 접착제 또는 에폭시 비드를 사용합니다. 나사를 설치하기 전에 접착제가 완전히 굳을 때까지 시간을 충분히 두어야 합니다.
주의: 이 글에 사용하기 위해 촬영한 SLS 3D 프린팅 파트에는 보스를 여기에서 권장하는 열경화성 플라스틱용 압입 크기로 설계했습니다. 열가소성 플라스틱 파트에는 접착제 또는 에폭시 한 방울을 발라 끼워 넣을 수 있지만 실제 히트셋 설치만큼 튼튼하게 고정되지는 않습니다.
추가로 납땜 또는 접착 단계가 필요하지만 히트셋 스레드 인서트는 SLS 및 SLA 파트 모두에서 확작형 나사 인서트보다 안정성과 강도가 좋습니다. 어느 방법을 사용하든 단계와 장비가 추가로 필요하여 불편할 수 있지만 확장형 나사 인서트보다 안정성과 강도가 더 좋은 훌륭한 옵션입니다.
설계에 너트 포함
장점
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3D 프린팅 파트에 매우 잘 고정됨
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금속 스레드는 강하고 내마모성이 있음
단점
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포켓 또는 보스는 부품에 디자인되어야 하며 인쇄 후 액세스 가능해야 합니다.
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형상에 따라 접착제 및 경화 시간이 필요할 수 있습니다.
너트를 파트 자체에 단단히 고정하는 포켓이나 보스를 설계하면 금속 대 금속이 또 다른 방식으로 접촉하게 됩니다. 육각너트나 사각너트를 사용할 수 있으며 잠금너트도 설계에 포함할 수 있습니다. 이 방법으로 설계를 다양하게 변형할 수 있습니다. 포켓이나 보스에 쉽게 접근하여 너트를 끼워 넣을 수 있는지(즉, 내부 표면에 있지 않은지) 확인하세요. 더 단단히 고정하려면 시아노아크릴레이트(CA) 접착제 한 방울을 떨어뜨려 너트를 제자리에 고정합니다.
기능성 3D 프린팅 어셈블리용 설계 최적화
Formlabs Form 3+ 같은 광경화성 수지 조형 방식(SLA) 3D 프린터는 정확도와 정밀도가 높으며 엔지니어링 소재를 폭넓게 사용할 수 있습니다. 저희가 마현한 백서를 다운로드하여 개별적으로 권장하는 설계 공차를 확인해보세요.
3D 프린팅 파트에 금속 나사
빠르고 간단하게 작업하려면 인서트와 너트를 사용하지 않고 3D 프린팅 파트에 나사를 직접 조이는 것이 좋습니다. 스레드를 태핑하든 셀프 태핑 나사를 사용하든, 플라스틱용으로 설계된 기성품 하드웨어는 레진과 열가소성 플라스틱 파우더 같은 3D 프린팅 재료에 적합합니다.
3D 프린팅 파트의 태핑 나사산
장점
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3D 프린팅 파트에 매우 잘 고정됨
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간단하고 빠른 실행
단점
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조립 및 분해를 반복하면 금속만큼 견디지 못함
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네거티브 피쳐가 있는 파트라면 작업 시간이 늘어날 수 있음
플라스틱용으로 설계된 스레드 탭을 사용하는 것은 3D 프린팅 부품에 스크류 스레드를 추가하는 빠르고 경제적인 방법입니다. 추가 설계 단계가 필요하지 않으며 플라스틱을 다루는 대부분의 상점에는 이미 필요한 장비가 있습니다.
나사 성형 또는 셀프 태핑 나사
장점
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3D 프린팅 파트에 매우 잘 고정됨
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매우 간단하고 실행이 빠름
단점
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조립 및 분해를 반복하면 금속만큼 견디지 못함
나사산 형성 나사라고도 하는 셀프 태핑 나사는 파트에 준비 작업을 할 필요 없이 네거티브 피쳐에 삽입할 수 있습니다. 보스의 치수는 제조업체의 지침을 따르세요.
연성이 있거나 연신율이 높은 재료와 함께 사용하는 것이 좋습니다. Formlabs SLA 소재군에서 Tough Resin과 Durable Resin이 그렇듯 Formlab Nylon 11 Powder 또는 Nylon 12 Powder 모두 이에 적합합니다. 깨지기 쉬운 재료 또는 연신율이 낮은 재료(예: Formlabs SLA 소재군의 Rigid Resin)를 사용한 파트를 셀프 태핑 나사와 함께 사용하면 깨질 수 있으므로 이러한 재료를 사용할 때는 주의하고 보안경을 착용하십시오.
3D 프린팅 스레드
장점
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포지티브 피쳐와 네거티브 피쳐 모두 맞춤 설계할 수 있음
단점
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조립 및 분해를 반복하면 금속만큼 견디지 못함
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스레드 크기가 비교적 클 때만 사용 가능
특정 지침을 따르는 경우 프린팅한 파트에 스레드 형상을 포함하는 것이 효과적일 수 있습니다. 나사산 크기를 최소 ¼”–20(영국식) 또는 M6(미터식) 이상으로 고정합니다. 필렛으로 응력 집중을 줄입니다. 플라스틱용으로 설계된 나사 프로파일을 사용합니다. 비교적 크기가 작은 나사의 경우 나사산을 맞춤화하여 더 나은 패스너를 만들어야 합니다. 예를 들어 반원형 스레드 프로파일(나사 및 너트에)을 인쇄하고 오프셋을 0.1mm에 맞추면 마모 특성이 개선되어 스레드가 더 잘 맞물려집니다.
일반적으로 FDM보다 SLA 및 SLS 3D 프린팅에 이 방법이 더 적합합니다. 더 정밀하며 표면 마감이 더 부드러운 파트를 제작할 수 있습니다. Durable Resin 같이 표면 마찰이 특히 낮은 소재는 모두 조립 및 분해를 반복해도 마모될 가능성이 적습니다.
프린팅용 파트를 설계할 때 추가 후처리 없이 파트가 매끄럽게 결합되도록 나사산이 있는 표면의 지지 구조를 최소화하는 것이 중요합니다.
3D 프린팅된 스레드 및 스레드 인서트를 사용한 다수의 구성품 결합
나사와 스레드 패스너를 사용하여 여러 3D 프린팅 구성 요소를 결합할 옵션은 많습니다. 스레드를 직접 3D 프린팅하는 것에서 선반 인서트 사용에 이르기까지 선택한 재료, 예상하는 조립 및 분해 반복 수, 필요한 강도 및 워크플로에 추가할 수 있는 작업양을 기준으로 위에서 설명한 방법 중 하나를 선택할 수 있습니다.
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