All Posts
Руководства

Резьба на 3D-принтере и резьбовые вставки для пластика

3d printing - Adding Screw Threads to 3D Printed Parts

В Formlabs мы проектируем различные функциональные детали для печати на  наших  стереолитографических  (SLA)  3D-принтерах, таких  как Form 3. Среди таких деталей прототипы, используемые для наших собственных  исследований и разработок,  зажимы и крепления , которые будут использоваться на наших  производственных  линиях, модели для проверки конструкции перед отливкой конечного изделия из соответствующего материала, например нейлона.

Независимо от области применения, нам часто приходится соединять полученные 3D-печатью компоненты с помощью винтов и резьбовых крепежных деталей. По мере того, как каталог универсальных и надежных инженерных полимеров увеличивается, различия между прототипами-"имитациями" и  функциональными прототипами  уменьшаются.

Эта статья представляет собой руководство по созданию на 3D-принтере резьбы и выполнению резьбового соединения 3D-деталей. Существует множество способов  соединить несколько полученных 3D-печатью деталей вместе, но если вам необходима возможность многократно соединять и отсоединять компоненты и надежное механическое крепление, реальной замены металлическим винтам нет.

Любите все видеть свои глазами? Посмотрите видео о 3D-печати резьбовых соединений и резьбовых вставках для 3D-деталей из пластика.


Технический доклад

Знакомство с настольной 3D-печатью методом стереолитографии (SLA)

Скачайте наш технический доклад о методе стереолитографии, чтобы узнать, как работают технологии SLA-печати, почему сегодня их используют тысячи специалистов, и чем данная технология 3D-печати может быть полезна в вашей работе.


Варианты резьбовых соединений для 3D-деталей

Давайте рассмотрим некоторые варианты резьбовых соединений для 3D-деталей, которые мы собрали, опираясь на многолетний опыт Formlabs и ваши предложения. Мы расположили эти варианты, начиная с того, который, по нашему мнению, является лучшим, с указанием плюсов и минусов каждого варианта для разных случаев использования.

3D printing - Screw threads diagram


Formlabs - Sample part

Запросить бесплатный образец

Оцените качество печати Formlabs на собственном опыте. Мы отправим бесплатный образец 3D-печати прямо в ваш офис.


Ввинчиваемые резьбовые вставки для пластика

Adding Screw Threads to 3D Printed Parts

Преимущества:  Крепко соединяют полученные 3D-печатью детали без использования клея. Металлические резьбы прочны и многоразовы.

Недостатки: Вставки могут ослабевать при повышении температуры.

Напечатайте на 3D-принтере втулочную заготовку с глубиной и диаметром, соответствующим спецификациям вставки. Промойте изопропиловым спиртом (IPA) и дайте высохнуть без выполнения финальной полимеризации. Вставьте вставку во втулку с помощью отвертки и используйте винт, чтобы полностью закрепить ее в пластике. Затем выполните финальную полимеризацию детали, чтобы уменьшить эффект ползучести и еще лучше зафиксировать вставку в пластике. Выполнение этого шага последним уменьшает вероятность того, что вставка сломает втулку при ввинчивании.

 

Вклеивание резьбовых вставок с установкой нагревом

Glue in Heat-Set Inserts for Plastics

Преимущества: Очень надежно соединяют полученные 3D-печатью детали. Металлические резьбы прочны и многоразовы.

Недостатки: Требуется клей (не пытайтесь использовать паяльник!).

Резьбовые вставки с установкой нагревом предназначены для установки в термопластики с использованием паяльника с наконечником. Они могут использоваться в акриловых моделях и ​​деталях, полученных методом наплавления (FDM), но не могут быть установлены в фотополимерные детали SLA, которые при нагревании изгибаются, но не плавятся.

Ознакомьтесь с нашим подробным руководством, где сравниваются 3D-принтеры FDM и SLA , чтобы узнать их различия с точки зрения качества печати, материалов, применения, рабочего процесса, скорости, затрат и т.д.

Тем не менее, насечки и выступы на вставках с установкой нагревом делают их очень эффективным резьбовым крепежем, если вы приклеиваете их с помощью двухкомпонентного эпоксидного или цианоакрилатного клея. Определите размер втулки по наибольшему диаметру вставки и перед установкой нанесите немного клея. Для получения наилучшего результата деталь должна быть полностью сухой и отвержденной.

Screw threads gluein

 

Гайка в специально напечатанном гнезде

3D printing - Nut in a Custom 3D Printed Pocket

Преимущества: Гайки легко подобрать для любого нужного размера винта.

Недостатки: Боковые гнезда для гаек могут устранить необходимость в клее, но поддержка модели во время печати может усложнится.

Добавление шестиугольного гнезда на торце для прессовой посадки гайки создает многоразовое прочное соединение "металл-металл". Для увеличения силы выкручивания вы можете выбрать квадратную гайку. Эта гайка также может быть пластиковой или иметь блокирующие элементы. При необходимости капля цианоакрилатного клея поможет удержать гайку на месте, но если проектом предусмотрено боковое гнездо, необходимость в клее пропадает. Используйте смещение 0,1 мм вокруг гайки для запрессовки и зазор вокруг самого винта.

Резьбонарезные или резьбовыдавливающие винты для пластика

Thread-Cutting or Thread-Forming Screws Designed for Plastics

Преимущества: При создании прототипов используются те же металлические изделия, что и для серийных литьевых деталей. Втулочные заготовки, созданные из полимера Tough (и Durable) вряд ли треснут, если вы будете следовать рекомендациям по проектированию втулок от производителя винтов.

Недостатки: Винты будут держаться крепко, но резьба не будет так устойчива к многократному использованию, как металлические резьбы. Можно использовать стандартные полимеры, но втулка из них может треснуть с большей вероятностью.

Следуйте рекомендациям производителя по размерам втулки и печатайте из инженерных полимеров с высокой ударной вязкостью (таких как наши Tough Resin и Durable Resin). Перед использованием винтов выполните полную финальную полимеризацию. Если вы создаете прототип для литьевой детали, при финальной сборке которой будут использоваться резьбонарезные или резьбовыдавливающие винты, это хороший вариант для тестирования.

Шурупы

3D printing - Wood Screws

Преимущества: Не нужно покупать специальные винты для пластика.

Недостатки: Винты будут держаться крепко, но резьба не будет так устойчива к многократному использованию, как металлические резьбы.

Мы протестировали шурупы в изделии из нашего полимера Tough Resin и обнаружили, что их использование идентично использованию резьбонарезных винтов, предназначенных для пластика. Размер диаметра отверстия резьбовой втулки должен находится в диапазоне между основным (резьбовым) диаметром винта и внутренним диаметром. Показанный винт — шуруп №8 в отверстии диаметром 0,16 дюйма.

Резьба, напечатанная на 3D-принтере

3D Printed Threads

Преимущества:  Может использоваться для прототипирования больших и нестандартных резьбовых конструкций.

Недостатки:  Не является долговечным или многоразовым крепежным решением, особенно в случаях резьбы небольшого размера.

Резьба, напечатанная на 3D-принтере из стандартных полимеров лучше, чем из Tough Resin, потому что они намного тверже. Резьба, напечатанная на 3D-принтере, остается относительно хрупкой, в зависимости от размера резьбы, и ее выбирать не рекомендуется, если система крепления будет используется постоянно и многократно.

Как правило, резьба размером ¼–20 или больше является функциональной без необходимости пост-обработки. В случае винтов меньшего размера резьба должна быть модифицирована для обеспечения лучшего крепления. Например, печать профиля полукруглой резьбы (на винте и гайке) и использование смещения 0,1 мм обеспечивает лучшее прилегание резьбы и улучшенные характеристики износа. Для всех размеров винтов лучше ориентировать детали так, чтобы поддерживающие структуры не касались резьбы.


White Paper - Engineering Fit: Optimizing Design for Functional 3D Printed Assemblies - Formlabs
Технический доклад

Инженерная подгонка: оптимизация дизайна для функциональных узлов, полученных 3D-печатью

Проектирование с учетом допустимых отклонений и посадки сокращает время пост-обработки и упрощает сборку, а также снижает материальные затраты на итерации.


Заключение

Мы надеемся, что это руководство предложило вам полезную информацию о вариантах механического крепления, которое можно использовать для печатаемых на 3D-принтере компонентов! Если вам интересно увидеть модель, используемую нами для тестирования, скачайте файл STL.

Детали, упоминаемые в этом руководстве, можно заказать у McMaster по ссылкам ниже:

Хотите попробовать Tough Resin, Durable Resin или любой другой материал для 3D-печати Formlabs в деле? Запросите бесплатный образец!