Прочные вставки для 3D-печати: надежные и точные сборки

Аддитивное производство имеет множество преимуществ, включая возможность печати комплектов деталей за одну печать или сложных геометрий, таких как резьба. Однако в последнем случае дизайн резьбы не предусматривает возможность регулярной сборки, так как, будучи пластиковыми, они могут деформироваться и терять размеры или даже ломаться.

Когда вы хотите изготовить определенный тип детали в мире 3D-печати, во многих случаях необходимо использовать прочные соединения для создания разъемных частей или обеспечения постоянного соединения крупногабаритных элементов.

Механические компоненты, изготовленные традиционными технологиями, становятся основой для деталей аддитивного производства. И в конкретном случае соединения деталей особенно выделяются вставки.

Что такое вставки?

Альтернатива встраиванию гайк внутрь печати — использование металлических вставок. Металлические вставки — это резьбовые крепежные элементы, которые вставляются в отверстие для обеспечения детали возможным винтовым соединением.

Два ключевых фактора при выборе лучшего типа вставки: сопротивление вырыванию и сопротивление вращению.

• Сопротивление вырыванию — сопротивление вставки вырываться из своего посадочного места при затягивании винта. Это значение можно увеличить, увеличив длину вставки.
• Сопротивление вращению — противодействие вращению вставки вокруг своей оси при затягивании винта. В этом случае чем больше диаметр вставки, тем больше крутящий момент, так как будет больше площадь сцепления с деталью.

Общепринято учитывают такие факторы, как диаметр и размер вставки (для чего нужно обращаться к технической документации производителя). И материалы, как самой вставки, так и пластика, в которую будет происходить установка. Существует широкий ассортимент вставок для установки в любой тип материала: металл, дерево, пластик и подобные. Наиболее распространенным материалом для изготовления вставок является латунь, хотя появляются и другие материалы, такие как нержавеющая сталь (коррозийно-стойкая) или алюминий (меньший вес).

Для FDM (при производстве термопластиками) подойдет почти любая вставка, но при производстве SLA (используются термореактивные материалы, которые после печати нельзя модифицировать теплом или давлением) можно установить только саморежущие или helicoil-вставки.

Очень важно подчеркнуть, что, несмотря на то, что в FDM можно использовать вставку из почти любого типа материала, процедура установки этой вставки всегда будет более проблематичной, чем в SLA-деталях. Это связано с неизотропией детали, что означает, что при холодной установке вставки давление такое, что деталь делиминируется.

Существует много типов вставок, общепринятая классификация — по способу установки.

Типы вставок

Тепловая установка (Heat inserts):

Тепловые вставки используются с термопластиками, которые плавятся при низких температурах. Метод применения очень прост и требует только паяльника или другого источника тепла (Modifi3D Pro), который нагревает вставку контактным путем через теплопередачу. Для установки такого типа вставки в детали должно быть отверстие, диаметр которого немного меньше внешнего диаметра вставки. Используя инструмент для установки и контролируя давление (потому что можно расплавить пластик вокруг отверстия), вдавливайте вставку над краем отверстия, расширяя пластик. Вставка зафиксируется между волокнами пластика при остывании. Вставка будет в правильном положении, когда оба края, детали и вставки, будут на одном уровне. При правильной установке такого типа вставки можно достичь вырываемой нагрузки 15 кг и крутящего момента 2.5 кг. Кроме того, тепловые вставки с резьбой имеют оба отверстия открытыми, поэтому их можно считать сквозными, что означает, что длина вставки не будет ограничением, даже если винт, который нужно закрепить, должен заходить глубже длины самой вставки.

Давление (Pressure):

Вставки давления, или заклепки, требуют отверстия с тем же диаметром, что и заклепка. Их установка очень проста, как и любой заклепке, их просто нужно вдавить на месте сжатием инструментом. Как и в предыдущем случае, вставка будет в правильном положении, когда два края будут на одном уровне. Очень важно отметить, что при установке вставки должны быть правильно вдавлены, так как детали могут сдавиться у отверстий.

Саморежущие (Self-threading):

Для определенных материалов, используемых в SLS и смольной 3D-печати, которые плавятся при очень высоких температурах или не проявляют стабильное поведение при нагреве, идеальны саморежущие вставки. Характеризуются внутренней и внешней резьбой для легкой установки в деталь, эти вставки устанавливаются с помощью инструмента типа ensat. Деталь должна быть изготовлена с отверстием, имеющим тот же номинальный диаметр, что и вставка, так как эти вставки создают резьбу в пластике при установке, что приводит к соединению, которое может выдерживать гораздо большие нагрузки по сравнению с тепловыми вставками. Кроме того, эти вставки сделаны из нержавеющей стали, материала с высокой стойкостью к износу и агрессивным средам.

Helicoil:

Как и саморежущие вставки, helicoil-вставки также имеют две резьбы и работают так же. Отверстие в детали должно быть размером согласно стандарту выбранного helicoil. Для установки вставки сначала нужно нарезать резьбу в отверстии с помощью шнека, а затем установить с помощью инструмента. Наконец, небольшой фланец внизу вставки, служащий упором для установочного инструмента, срывается. Хотя эти вставки не дешевы, внешний вид и практичность замечательны.

Рекомендации

Что касается диаметра отверстий, необходимо учитывать, что при печати детали будут размерные вариации между 3D-дизайном и деталью, поэтому при проектировании отверстий нужно применять допуск. Кроме того, отверстие должно быть достаточно длинным для установки вставки, также учитывая дополнительную длину выступа винта. Еще один момент, связанный с дизайном — толщина стенки; старайтесь применять значения достаточно высокие, чтобы при обработке отверстия оно не попало в заполнение детали.

В плане установки очень важно обеспечить такие аспекты, как позиционирование и скорость операции. Всегда старайтесь, чтобы вставка была, насколько возможно, центрированной и перпендикулярной отверстию. Это относится к тепловым, давления или резьбовым вставкам, так как установка вставки может привести к перекосу резьбы и повреждению резьбы или даже к последующей неправильной установке соединительного винта. Учитывая, что детали сделаны из пластика, а вставка — металлический элемент, это повлияет на скорость установки, так как твердость металла может повредить напечатанные детали. Поэтому скорость придется контролировать, чтобы не повредить стенки отверстия.

Как мы знаем, 3D-печать находится в полном развитии, и решения вроде этих — те, которые делают разницу когда речь идет о получении деталей с большей сложностью и точнее отвечающих на потребности промышленности.