Может, хватит вручную нарезать резьбу на отпечатках, а лучше спроектировать и напечатать резьбу? Это зависит от резьбы.
Конечно, промышленные технологии 3D-печати обладают точностью и возможностью напечатать резьбу ровно в тех местах, где она необходима, так почему же так много компаний отправляют свои металлические и полимерные детали в мастерскую?
Возникают много вопросов о том, как лучше всего добавлять резьбу в CAD-модели для печати деталей. Это неудивительно, поскольку технологии аддитивного производства все чаще используются как для создания прототипов, так и для производства конечных деталей.
Самое главное, что нужно знать — это то, что успех напечатанных резьб (тех, которые создаются в процессе печати) будет сильно зависеть от технологии печати и размера резьбы.
Каждая технология трехмерной печати имеет свой минимальный размер элемента (наряду с уникальными настройками печати и методами обработки), и также зависит от конкретной марки 3D-принтера. Мы сталкивались с тем, что резьба плохо зацепляется или вообще не печатается, если она не рассчитана на 3D-печать и конкретный процесс. Это связано с тем, что резьба начинает терять материал, когда ее толщина становится меньше минимального размера элемента для выбранного материала и технологии.
При проектировании деталей с резьбой нельзя полагаться только на функцию создания резьбы в программном обеспечении для проектирования, например, в Autodesk’s Fusion; необходимо учитывать и другие факторы.
Например, для деталей с шероховатой поверхностью сразу после обработки — например, изготовленных с помощью селективного лазерного спекания (SLS) или лазерного порошкового наплавления металла (LPBF) — шероховатость поверхности может препятствовать выполнению резьбы. Но не все потеряно! Есть несколько способов получить функциональную резьбу на напечатанных деталях.
Хотя мы не рекомендуем использовать напечатанную резьбу для многих деталей, есть несколько надежных методов, которые мы — и другие производители — рекомендуем для решения сложных ситуаций с резьбой.
Добавление резьбы в детали, отпечатанные пластиком
Если вы хотите напечатать очень простую крупную резьбу, например, на емкости с винтовой крышкой, ознакомьтесь с «3D-печатью резьбы и винтов».
В этой статье мы рассмотрим варианты для профессионального и промышленного применения. Когда речь идет о полимерных деталях, таких как нейлоновое крепление GoPro из углеродного волокна, у вас есть несколько вариантов резьбы.
Напечатать и нарезать резьбу
Первый вариант — напечатать деталь без резьбы, а затем нарезать. Нарезание резьбы — это процесс создания резьбы внутри отверстия для винта или болта с помощью метчика или резьбореза, похожего на сверло. По сути, он вырезает точный рисунок резьбы во внутренней части отверстия по мере продвижения. Это вариант для деталей, которые нужно прикрутить один раз и оставить так. Постоянное вкручивание и выкручивание винтов может привести к износу резьбы.
Изменить CAD модель
Если существующая модель CAD содержит резьбу, удалите ее и сделайте отверстия размером чуть меньше, чем размер сверла, соответствующего метчику для нарезаемой резьбы. Стандартные таблицы размеров метчиков и сверл для механической обработки, которые вы можете найти в Интернете или в приложении, также применимы к отпечаткам. Для достижения наилучших результатов рассверлите отверстие перед тем, как приступить к работе с ручным метчиком.
Вкрутить саморезы
Саморезы, также называемые резьбообразующими, вставляются в негативное отверстие без предварительной подготовки детали. Следуйте рекомендациям производителя по размерам отверстий. Это хороший вариант для отпечатков из полимера с небольшой эластичностью, например нейлона.
Вставки
Если вам нужна более прочная резьба, лучше всего использовать латунные или стальные вставки. Они представлены в различных стилях.
- Вставки для термоустановки (существуют еще самонарезающие вставки для ремонта резьбы) устанавливаются с помощью паяльника, который нагревает вставку и пластик вокруг нее. Вставка вдавливается в размягченный пластик до тех пор, пока не станет заподлицо с поверхностью.
- Для стереолитографии (SLA) или любого типа печати на смоле лучшим вариантом являются вставки с винтовым расширением, поскольку эти полимерные материалы подвержены воздействию высокой температуры.
Все вставки должны быть удалены из файла при загрузке в принтер, чтобы они случайно не были объединены с деталью.
Проектирование резьбы
Ключевым моментом при проектировании резьбы с нарезанием и термоусадкой является возможность доступа к отверстиям. Если отверстие заблокировано другими элементами, которые не позволяют резьбонарезному инструменту добраться до него, то нарезать резьбу или установить вставки не получится.
Когда речь заходит о вставках, необходимо учитывать еще несколько моментов. Диаметр вставки всегда больше диаметра резьбы. Вы должны убедиться, что вокруг отверстия достаточно места, чтобы вставка не пробила окружающую стенку.
Для SLS и MJF учитывайте геометрию вокруг отверстия для вставки. Как правило, вставки впрессовываются не идеально ровно, поэтому для корректировки выравнивания после впрессовывания в деталь можно использовать паяльник. Из-за нагрева и маневрирования для обеспечения правильного выравнивания необходимо обеспечить достаточное пространство между вставкой и соседними элементами, чтобы в процессе работы ничего случайно не расплавилось.
В идеальном мире нужно добавить 0,25 дюйма (6,35 мм) пространства вокруг вставки, если она окружена элементами со всех сторон. Однако если вставка находится возле стенки, но в остальном не имеет никаких особенностей поблизости, стену можно немного приблизить, поскольку во всех остальных направлениях остается достаточно места для установки вставки без риска повредить стенку.
Если вы заказываете детали в сервисе 3D-печати, сообщите производителю, что вам нужны резьбовые отверстия или вставки, и не включайте их в модель. Вместо этого приложите официальный чертеж, быструю разметку или скриншот. Укажите размер и расположение резьбы. Если производитель нарезает резьбу в сквозных отверстиях, сообщите ему, в каком направлении следует нарезать резьбу или устанавливать вставки. По умолчанию большинство производителей устанавливают вставки заподлицо с окружающей поверхностью, но при необходимости их можно сделать подлицо.
Другой вариант — спроектировать деталь под стандартную стальную гайку. Для этого нужно непосредственно напечатать держатель гайки или карман для соответствующей гайки.
Напечатанная резьба
Теперь перейдем к напечатанной резьбе, которая избавит вас от дополнительных действий и трудозатрат, связанных с нарезанием и вставкой, и может стать идеальным вариантом для деталей, которые будут собираться с помощью винтов только один раз или редко, а не многократно.
Если вы печатаете резьбу на детали, то чем крупнее резьба, тем лучше.
Что касается наименьшего размера резьбы, которая будет работать как напечатанная, то он зависит от конкретного принтера и настроек, которые вы используете. Лучше всего учитывать требования, предъявляемые к применению и руководствоваться этим при выборе метода создания ниток резьбы.
Также необходимо убедиться в том, что резьба может успешно создаваться без создания между ними поддержек, поскольку подержки между ниток резьбы, которые невозможно полностью удалить, будут влиять на функциональность резьбы. Даже если сборка ориентирована так, что резьба печатается вертикально, это не всегда гарантирует, что резьба будет печататься без поддержек.
Обязательно проверьте минимальный размер элемента для выбранного вами материала и технологии. Участки резьбы, которые сужаются ниже этого минимального размера, не будут сформированы. Если вы принимаете во внимание минимальный размер, велики шансы, что резьба будет работать так, как задумано.
В любом случае при проектировании и печати резьбовых отверстий всегда учитывайте возможность последующей обработки. Например, какой степени деформации или усадки следует ожидать? Будут ли отверстия иметь внутри поддержку и как их удаление повлияет на размер или края резьбы?
Добавление резьбы в детали напечатанные металлом
Как и в случае с пластиковыми деталями, можно использовать нарезание резьбы, но еще один вариант создания функциональной резьбы на металлических деталях — это печать резьбы и ее последующее нарезание вручную. Это называется «нарезание резьбы», то есть прохождение метчика через существующую резьбу для очистки от лишнего материала. Это работает и с другими материалами, но встречается реже.
Технологии наплавки металлического порошка, такие как LPBF (также называемые SLM и DMLS) и электронно-лучевое плавление (EBM), имеют грубую поверхность, похожую на литую деталь, и это может препятствовать нормальной работе резьбы. Используя метчик, вы можете лучше определить и обеспечить точность размеров резьбы или ее совместимость с сопрягаемой деталью.
Также необходимо проверить минимальный размер элемента для материала и разрешение, которое вы планируете использовать, чтобы резьба была достаточной для выполнения чеканки.
Еще один вариант — нарезать отверстия для установки вставок Heli-Coil (также работает с полимерами). Это резьбовые вставки из свернутой проволоки, предназначенные для ремонта или усиления резьбовых отверстий в металле или других материалах. Они обеспечивают прочную, износостойкую внутреннюю резьбу, часто превышающую прочность исходного материала, поэтому идеально подходят для 3D-печатных деталей. Они обычно используются в металлических деталях, пластике, дереве или композитных материалах, где оригинальная резьба была сорвана, повреждена или требует усиления.
Если вы отправляете свой цифровой файл в службу 3D-печати и хотите, чтобы они добавили резьбу в вашу деталь после сборки, обязательно сообщите им, в каких отверстиях нужна резьба.
Напечатанная резьба
По нашему опыту, напечатанная на станке резьба редко бывает функциональной из-за потерь материала и грубой обработки поверхности. И даже если напечатанные нити технически функциональны, они могут не соответствовать требованиям к допускам проекта.
В конечном счете, лучший способ решить, как добавить резьбу в деталь, — это начать с того, что вам нужно от резьбы. Резьба используется один раз для сборки или будет использоваться многократно, как, например, на зажимах? Какова нагрузка на резьбу? Насколько точной должна быть посадка? Насколько масштабируемым должно быть решение для нарезания резьбы — оно может работать для одной детали, но будет ли оно практичным для 200 деталей? Каждый метод добавления резьбы имеет свои плюсы и минусы с точки зрения посадки и механических свойств, а также с точки зрения стоимости и необходимого оборудования. Несмотря на то, что не существует универсальной рекомендации по размеру, существует множество вариантов, так что вы можете выбрать тот, который лучше всего подходит для вашего проекта.
Тем не менее, если вы собираетесь производить такую деталь, как крепление GoPro, о котором говорилось выше, предусмотрите расходы, время и труд на добавление резьбы в процессе постобработки.
Да, нарезать резьбу на отпечатках может быть непросто, но это, не невозможно.
