如何對3D打印部件進行螺紋加工

魔猴君  知識堂   13天前

魔猴網(wǎng)此前收到很多關于如何為3D打印部件的3D模型添加螺紋特征的問題。今天，本文將和大家一起學習了解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3D打印服務公司3D People表示，熱固性嵌件的金屬線比塑料線更耐用（來源：3D People）

在本文中，我們將介紹專業(yè)和工業(yè)應用的選項。

第一種選擇是打印沒有螺紋的部件，然后再攻絲。攻絲是使用類似于鉆頭的“絲錐”或“螺紋銑刀”在螺釘或螺栓的孔內(nèi)創(chuàng)建螺紋的過程。它本質(zhì)上是在推進過程中將精確的螺紋設計刻在孔內(nèi)。對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磨損螺紋。

如果您現(xiàn)有的CAD模型包含螺紋，請移除它們，并將孔的尺寸設為略小于與要切割的螺紋對應的絲錐鉆頭尺寸。您可以在網(wǎng)上或應用程序中找到用于加工的標準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，請在使用手動絲錐之前先擴孔。

自攻螺釘，也稱為螺紋成型螺釘，無需對部件進行任何準備工作即可插入負特征中。請遵循制造商的孔尺寸指南。對于由具有一定彈性的聚合物（如尼龍）制成的3D打印部件，這些螺釘是一個不錯的選擇。

如果您需要更堅固的螺紋，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（也稱為熱熔嵌件）使用烙鐵安裝，烙鐵加熱嵌件及其周圍的塑料。將嵌件壓入軟化的塑料中，直到與周圍表面齊平。

對于立體光刻(SLA)或任何類型的樹脂打印，最佳選擇是螺旋膨脹插入件，因為這些樹脂材料會受到高溫的影響。

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（來源：Markforged）

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

攻絲螺紋和熱定型螺紋設計考慮的一個關鍵因素是能否進入孔內(nèi)。如果孔內(nèi)有其他阻礙螺紋工具進入的特征，則無法進行螺紋加工或安裝嵌件。

說到嵌件，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?？字車凶銐虻目臻g，以便嵌件不會突破周圍的壁。

對于SLS和MJF，請考慮接收插件的孔周圍的幾何形狀。通常，插件不會完全筆直地壓入，因此在將其壓入部件后，可以使用烙鐵來調(diào)整對齊。由于熱量和操作以確保它們正確對齊，您需要在插件和相鄰特征之間留出足夠的空間，以便在過程中不會意外熔化任何東西。

理想情況下，如果插件四周都有特征，則應在其周圍留出0.25英寸（6.35毫米）的空間。但是，如果插件靠近墻壁，但附近沒有其他特征，則墻壁可以更近一些，因為其他所有方向都有足夠的空間來安裝插件，而不會損壞墻壁。

如果您在魔猴網(wǎng)3D打印零件，請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，請附上正式圖紙、快速標記或屏幕截圖。標明螺紋尺寸和位置。

另一種選擇是設計您的零件以適應標準鋼螺母。為此，您可以直接打印螺母支架或相應螺母的凹槽。

美國3D打印服務公司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螺紋（來源：DI Labs）

直接3D打印螺紋

現(xiàn)在讓我們來談談打印螺紋，它將消除攻絲和插入的額外步驟和勞動，并且可以成為只需一次或很少（不重復）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，這將根據(jù)您使用的特定機器和機器設置而有所不同。最好的方法是考慮應用程序的要求，并以此為指導創(chuàng)建線的方法。

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出現(xiàn)支撐，因為無法完全移除的螺紋齒之間的支撐會影響螺紋的功能。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)域都不會形成。如果您考慮最小特征尺寸，則螺紋很有可能按預期工作。

無論如何，在設計和打印螺紋孔時，一定要考慮后處理。例如，您應該預期多少翹曲或收縮？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打印當然可以實現(xiàn)精細的細節(jié)和嚴格的公差，但螺紋往往是一個獨特的問題（來源：奧盧大學）

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。這稱為“雕刻螺紋”，即通過現(xiàn)有螺紋運行絲錐以清理（清除）任何多余材料。這也適用于其他材料，但不太常見。

金屬粉末床熔合技術(shù)，例如LPBF（也稱為SLM和DMLS）和電子束熔化(EBM)，表面粗糙，類似于鑄件，這可能會妨礙螺紋正常工作。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劃使用的分辨率，以便有足夠的螺紋形式來實現(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）。這些是用盤繞的線材制成的螺紋嵌件，用于修復或加固金屬或其他材料中的螺紋孔。它們提供堅固、耐磨的內(nèi)部螺紋，通常超過原材料的強度，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，并且希望他們在構(gòu)建后為您的零件添加螺紋，請務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打印螺紋變得不實用的原因（來源：三菱電機）

直接3D打印螺紋

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

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始。螺紋是一次性組裝還是會像夾具上的螺紋一樣反復使用？螺紋承受多大的負載？配合需要有多精確？螺紋解決方案需要有多大的可擴展性——它可能適用于一個零件，但對于200個零件來說仍然實用嗎？每種添加螺紋的方法在配合度和機械性能方面都有優(yōu)缺點，但在成本和所需設備方面也有優(yōu)缺點。雖然沒有一刀切的建議，但有很多可用的選項，因此您可以選擇最適合您項目的選項。

編譯整理：3dnatives