Вставки для 3D-печати

Аддитивное производство имеет множество преимуществ, включая возможность печать комплектов деталей одним отпечатком или сложной геометрией, такой как резьба. Однако в последнем случае конструкция резьбы выполнена не так, чтобы была возможность регулярной сборки, так как, будучи изготовленными из пластмассы, 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 изготовления съемных деталей или для обеспечения постоянного соединения элементов большого объема.

Механические компоненты, изготовленные по традиционным технологиям, становятся опорой для деталей аддитивного производства. А в конкретном случае соединения деталей особенно примечательны вставки.

Что такое вставки?

Металлические вставки – альтернатива размещению гаек в середине отпечатка. Металлические вставки представляют собой резьбовые соединения, которые вставляются в отверстие для обеспечения возможного резьбового соединения детали.

Изображение 1:Вставки. Источник:Filament2print.

При выборе наилучшего типа вставки необходимо учитывать два ключевых фактора: сопротивление выдергиванию и сопротивление скручиванию.

• Сопротивление вытягиванию — это сопротивление вставки вытягиванию из гнезда при затягивании винта. Это значение можно увеличить, увеличив длину вставки.

• Сопротивление вращению — это сопротивление вращению вставки при затягивании винта. В этом случае, чем больше диаметр вставки, тем больше допустимый крутящий момент, так как будет больше площадь поверхности зажима детали.

Как правило, учитываются такие факторы, как диаметр и размер вставки. (для чего необходимо обратиться к техническому паспорту производителя). И материалы, как вкладыша, так и пластика, куда будет производиться установка. Существует широкий выбор вставок для установки в любой тип материала, будь то металл, дерево, пластик и т.п. Наиболее распространенным материалом для изготовления вставок является латунь, хотя также появляются другие материалы, такие как нержавеющая сталь (устойчивая к коррозии) или алюминий (более легкий вес).

Для FDM (при изготовлении из термопластичных материалов) подойдет практически любая вставка, но при производстве по SLA (в котором используются термореактивные материалы, и поэтому после печати его нельзя изменить под воздействием тепла или давления) могут быть установлены только самонарезающие или спиральные вставки.

Очень важно подчеркнуть, что несмотря на то, что в FDM может использоваться вставка из практически любого материала, процедура установки этой вставки всегда будет более проблематичной, чем в SLA-деталях. Это связано с неизотропностью детали, а это значит, что при столкновении с холоднокатаной вставкой давление такое, что деталь расслаивается.

Существует множество типов вставок, и их обычно классифицируют по форме вставки.

Типы вставок

Тепловая вставка: Термовставки используются с термопластичными материалами, которые плавятся при низких температурах. Метод использования очень прост и требует только паяльника или другого источника тепла (Modifi3D Pro), который заставляет вставку нагреваться при контакте за счет передачи тепла. Для установки этого типа вставки в детали должно быть отверстие, диаметр которого немного меньше внешнего диаметра вставки. Используя инструмент для вставки и контролируя давление (поскольку можно расплавить деталь вокруг отверстия), прижмите вставку к краю отверстия, чтобы расширить пластик. Вставка будет зажата между волокнами пластика, когда остынет. Вставка окажется в правильном положении, когда обе кромки, деталь и вставка, будут на одном уровне. При правильном расположении вставки этого типа можно достичь прочности на растяжение 15 кг и прочности на кручение 2,5 кг. Кроме того, у вставок с терморезьбой оба отверстия открыты, поэтому их можно рассматривать как сквозные отверстия, а это означает, что длина вставки не будет ограничением, даже если винт, на который нужно нарезать резьбу, должен быть вставлен глубже, чем длина самой вставки.

Изображение 2:Нагревательная вставка. Источник:Filament2print.

Давление :Для нажимных вставок или заклепок требуется отверстие того же диаметра, что и заклепка. Их установка очень проста, так как, как и любую заклепку, их просто нужно вдавить на место с помощью обжимного инструмента. Как и в предыдущем случае, вставка окажется в правильном положении, когда два края находятся на одном уровне. Очень важно отметить, что при установке вставки должны быть хорошо прижаты, так как вблизи отверстий детали могут быть раздавлены.

Автоматическая загрузка :для некоторых материалов, используемых в SLS и полимерной 3D-печати, которые плавятся при очень высоких температурах или не проявляют стабильного поведения при нагревании, вставки с саморезом идеально подходят. Эти вставки характеризуются внутренней и внешней резьбой для легкой установки в деталь, эти вставки устанавливаются с помощью резьбонарезного инструмента типа ensat. Деталь должна быть изготовлена ​​с отверстием того же номинального диаметра, что и вставка, поскольку эти вставки создают резьбу на пластике при их установке, в результате чего сборка может подвергаться гораздо большим нагрузкам по сравнению с тепловыми вставками. Кроме того, эти вставки изготовлены из нержавеющей стали, материала, обладающего высокой устойчивостью к износу и агрессивным средам.

Изображение 3. Вставка-саморез и инструмент. Источник:Filament2print.

Helicoil :Как и самонарезающие вставки, спиральные вставки также имеют 2 резьбы и функционируют таким же образом. Размер отверстия в заготовке должен соответствовать стандарту выбранной спиральной катушки. Чтобы установить вставку, необходимо сначала создать резьбу в отверстии с помощью метчика, а затем установить с помощью инструмента. Наконец, небольшой фланец в нижней части вставки, служащий упором для монтажного инструмента, отламывается. Хотя эти вставки действительно недешевы, их внешний вид и практичность замечательны.

Рекомендации

Что касается диаметра отверстий, необходимо учитывать, что при печати детали будут различия в размерах между 3D-моделью и деталью, поэтому при проектировании отверстий необходимо будет применить к ним допуск. Кроме того, длина отверстия должна быть достаточной для установки вставки, также с учетом дополнительной длины выступа винта. Еще одна вещь, которую следует учитывать при проектировании, — это толщина стенки; старайтесь применять достаточно высокие значения, чтобы при обработке отверстия оно не попадало в заполнение детали.

Изображение 4:Установка вставки с помощью нагревания. Источник:Markforged.

Что касается установки, очень важно обеспечить определенные аспекты, такие как позиционирование и скорость работы. Всегда следите за тем, чтобы вставка находилась, насколько это возможно, по центру и перпендикулярно отверстию . Это относится к тепловым, напорным или резьбовым вставкам, так как вставка вставки может привести к перекосу резьбы и повреждению резьбы или даже к последующей неправильной вставке соединительного винта. Имея в виду, что детали изготовлены из пластика, а вставка представляет собой металлический элемент, это повлияет на скорость установки, так как твердость металла может повредить печатные детали. Поэтому скорость придется контролировать, чтобы не повредить стенки отверстия.

Как мы знаем, 3D-печать находится в стадии полного развития, и именно такие решения имеют значение, когда речь идет о получении более сложных деталей, более точно отвечающих потребностям отрасли.