如何對(duì)3D打印部件進(jìn)行螺紋加工

魔猴君  知識(shí)堂   8天前

魔猴網(wǎng)此前收到很多關(guān)于如何為3D打印部件的3D模型添加螺紋特征的問(wèn)題。今天，本文將和大家一起學(xué)習(xí)了解3D打印里如何在塑料和金屬件上添加螺紋。

一、在塑料打印部件上添加螺紋

英國(guó)3D打印服務(wù)公司3D People表示，熱固性嵌件的金屬線(xiàn)比塑料線(xiàn)更耐用（來(lái)源：3D People）

在本文中，我們將介紹專(zhuān)業(yè)和工業(yè)應(yīng)用的選項(xiàng)。

第一種選擇是打印沒(méi)有螺紋的部件，然后再攻絲。攻絲是使用類(lèi)似于鉆頭的“絲錐”或“螺紋銑刀”在螺釘或螺栓的孔內(nèi)創(chuàng)建螺紋的過(guò)程。它本質(zhì)上是在推進(jìn)過(guò)程中將精確的螺紋設(shè)計(jì)刻在孔內(nèi)。對(duì)于需要擰在一起一次并保持原樣的部件，這是一種選擇。不斷插入和移除螺釘可能會(huì)磨損螺紋。

如果您現(xiàn)有的CAD模型包含螺紋，請(qǐng)移除它們，并將孔的尺寸設(shè)為略小于與要切割的螺紋對(duì)應(yīng)的絲錐鉆頭尺寸。您可以在網(wǎng)上或應(yīng)用程序中找到用于加工的標(biāo)準(zhǔn)絲錐和鉆頭尺寸圖表，它們也適用于3D打印部件。為了獲得最佳效果，請(qǐng)?jiān)谑褂檬謩?dòng)絲錐之前先擴(kuò)孔。

自攻螺釘，也稱(chēng)為螺紋成型螺釘，無(wú)需對(duì)部件進(jìn)行任何準(zhǔn)備工作即可插入負(fù)特征中。請(qǐng)遵循制造商的孔尺寸指南。對(duì)于由具有一定彈性的聚合物（如尼龍）制成的3D打印部件，這些螺釘是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

如果您需要更堅(jiān)固的螺紋，黃銅或鋼制嵌件是您的最佳選擇。這些嵌件有多種款式。

熱固性嵌件（也稱(chēng)為熱熔嵌件）使用烙鐵安裝，烙鐵加熱嵌件及其周?chē)乃芰稀⑶都喝胲浕乃芰现?，直到與周?chē)砻纨R平。

對(duì)于立體光刻(SLA)或任何類(lèi)型的樹(shù)脂打印，最佳選擇是螺旋膨脹插入件，因?yàn)檫@些樹(shù)脂材料會(huì)受到高溫的影響。

Markforged 3D打印的連續(xù)碳纖維尼龍部件上使用的螺釘膨脹嵌件（來(lái)源：Markforged）

將所有插入內(nèi)容上傳到打印機(jī)時(shí)都應(yīng)從文件中刪除，以免它們意外地與零件合并。

攻絲螺紋和熱定型螺紋設(shè)計(jì)考慮的一個(gè)關(guān)鍵因素是能否進(jìn)入孔內(nèi)。如果孔內(nèi)有其他阻礙螺紋工具進(jìn)入的特征，則無(wú)法進(jìn)行螺紋加工或安裝嵌件。

說(shuō)到嵌件，還有幾件事需要考慮。給定嵌件的直徑始終大于螺紋的直徑。您要確保孔周?chē)凶銐虻目臻g，以便嵌件不會(huì)突破周?chē)谋凇?/span>

對(duì)于SLS和MJF，請(qǐng)考慮接收插件的孔周?chē)膸缀涡螤?。通常，插件不?huì)完全筆直地壓入，因此在將其壓入部件后，可以使用烙鐵來(lái)調(diào)整對(duì)齊。由于熱量和操作以確保它們正確對(duì)齊，您需要在插件和相鄰特征之間留出足夠的空間，以便在過(guò)程中不會(huì)意外熔化任何東西。

理想情況下，如果插件四周都有特征，則應(yīng)在其周?chē)舫?/span>0.25英寸（6.35毫米）的空間。但是，如果插件靠近墻壁，但附近沒(méi)有其他特征，則墻壁可以更近一些，因?yàn)槠渌蟹较蚨加凶銐虻目臻g來(lái)安裝插件，而不會(huì)損壞墻壁。

如果您在魔猴網(wǎng)3D打印零件，請(qǐng)告知制造商您想要螺紋孔或插件，但不要將它們包含在模型中。相反，請(qǐng)附上正式圖紙、快速標(biāo)記或屏幕截圖。標(biāo)明螺紋尺寸和位置。

另一種選擇是設(shè)計(jì)您的零件以適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)鋼螺母。為此，您可以直接打印螺母支架或相應(yīng)螺母的凹槽。

美國(guó)3D打印服務(wù)公司DI Labs使用Multi Jet Fusion技術(shù)打印了這些閥體，這些閥體帶有需要防水配合的細(xì)螺紋（來(lái)源：DI Labs）

直接3D打印螺紋

現(xiàn)在讓我們來(lái)談?wù)劥蛴÷菁y，它將消除攻絲和插入的額外步驟和勞動(dòng)，并且可以成為只需一次或很少（不重復(fù)）用螺釘組裝的零件的理想選擇。

如果要在零件中打印螺紋，螺紋越大越好。

至于打印后能起作用的最小線(xiàn)，這將根據(jù)您使用的特定機(jī)器和機(jī)器設(shè)置而有所不同。最好的方法是考慮應(yīng)用程序的要求，并以此為指導(dǎo)創(chuàng)建線(xiàn)的方法。

您還需要確保所使用的螺紋能夠成功構(gòu)建，并且螺紋齒之間不會(huì)出現(xiàn)支撐，因?yàn)闊o(wú)法完全移除的螺紋齒之間的支撐會(huì)影響螺紋的功能。即使構(gòu)建的方向使得螺紋垂直打印，也不一定能保證螺紋無(wú)需支撐即可打印。

確保檢查所選材料和技術(shù)的最小特征尺寸。任何低于此最小尺寸的螺紋錐度區(qū)域都不會(huì)形成。如果您考慮最小特征尺寸，則螺紋很有可能按預(yù)期工作。

無(wú)論如何，在設(shè)計(jì)和打印螺紋孔時(shí)，一定要考慮后處理。例如，您應(yīng)該預(yù)期多少翹曲或收縮？您的孔內(nèi)是否有支撐結(jié)構(gòu)，移除支撐結(jié)構(gòu)會(huì)如何影響尺寸或螺紋邊緣？

二、在金屬打印部件上添加螺紋

金屬3D打印當(dāng)然可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)的細(xì)節(jié)和嚴(yán)格的公差，但螺紋往往是一個(gè)獨(dú)特的問(wèn)題（來(lái)源：奧盧大學(xué)）

與塑料部件一樣，攻絲是一種選擇，但金屬部件上的功能性螺紋的另一種選擇是打印螺紋，然后手工雕刻。這稱(chēng)為“雕刻螺紋”，即通過(guò)現(xiàn)有螺紋運(yùn)行絲錐以清理（清除）任何多余材料。這也適用于其他材料，但不太常見(jiàn)。

金屬粉末床熔合技術(shù)，例如LPBF（也稱(chēng)為SLM和DMLS）和電子束熔化(EBM)，表面粗糙，類(lèi)似于鑄件，這可能會(huì)妨礙螺紋正常工作。使用絲錐，您可以更好地定義并確保螺紋的尺寸精度或與配合部件的兼容性。

您還需要檢查材料的最小特征尺寸和您計(jì)劃使用的分辨率，以便有足夠的螺紋形式來(lái)實(shí)現(xiàn)追逐。

另一種選擇是攻絲以安裝Heli-Coil嵌件（也適用于聚合物）。這些是用盤(pán)繞的線(xiàn)材制成的螺紋嵌件，用于修復(fù)或加固金屬或其他材料中的螺紋孔。它們提供堅(jiān)固、耐磨的內(nèi)部螺紋，通常超過(guò)原材料的強(qiáng)度，因此非常適合3D打印部件。它們通常用于金屬部件、塑料、木材或復(fù)合材料，其中原始螺紋已被剝離、損壞或需要加固。

如果您將數(shù)字文件提交給3D打印服務(wù)，并且希望他們?cè)跇?gòu)建后為您的零件添加螺紋，請(qǐng)務(wù)必讓他們知道哪些孔需要螺紋。

支撐去除困難往往是金屬3D打印螺紋變得不實(shí)用的原因（來(lái)源：三菱電機(jī)）

直接3D打印螺紋

根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，由于材料損失和粗糙的表面處理，打印出來(lái)的螺紋很少能發(fā)揮作用。即使打印出來(lái)的螺紋在技術(shù)上能發(fā)揮作用，它們也可能不符合項(xiàng)目的公差要求。

最終，決定如何為零件添加螺紋的最佳方法是從螺紋需求開(kāi)始。螺紋是一次性組裝還是會(huì)像夾具上的螺紋一樣反復(fù)使用？螺紋承受多大的負(fù)載？配合需要有多精確？螺紋解決方案需要有多大的可擴(kuò)展性——它可能適用于一個(gè)零件，但對(duì)于200個(gè)零件來(lái)說(shuō)仍然實(shí)用嗎？每種添加螺紋的方法在配合度和機(jī)械性能方面都有優(yōu)缺點(diǎn)，但在成本和所需設(shè)備方面也有優(yōu)缺點(diǎn)。雖然沒(méi)有一刀切的建議，但有很多可用的選項(xiàng)，因此您可以選擇最適合您項(xiàng)目的選項(xiàng)。

編譯整理：3dnatives