Отверстия, резьбы и металлические вставки в FDM-деталях

У соединения в FDM-детали обычно есть несколько вариантов:

• отверстие под болт;

• резьба прямо в пластике;

• нарезанная резьба;

• heat-set insert;

• закладная гайка;

• сквозной болт с гайкой.

Универсально лучшего способа нет.

Выбор зависит от:

• нагрузки;

• количества циклов сборки;

• материала;

• размеров;

• ориентации;

• количества пластика вокруг соединения.

Вертикальное и горизонтальное отверстия формируются по-разному.

Горизонтальная окружность содержит overhang в верхней части, поэтому может получиться менее круглой.

На размер также влияют:

• траектория слайсера;

• усадка;

• первый слой;

• материал;

• support.

Поэтому CAD-диаметр нельзя автоматически считать фактическим.

Подробнее — в статье про точность 3D-печати.

Если размер критичный, иногда рациональнее:

• напечатать припуск;

• просверлить;

• развернуть.

UltiMaker также рекомендует post-drilling для отверстий, где требуется точный функциональный размер.

Это нормальная производственная операция, а не «исправление плохой печати».

Она может хорошо работать, если:

• резьба достаточно крупная;

• нагрузка умеренная;

• сборка не производится сотни раз;

• геометрия хорошо воспроизводится.

Для очень маленькой резьбы возможности FDM ограничены размером сопла и слоя.

Отверстие можно напечатать под последующее нарезание метчиком.

Плюсы:

• простой CAD;

• более чистый профиль резьбы.

Но удерживающая способность зависит от:

• материала;

• стенок;

• направления слоёв;

• длины зацепления.

Металлическая термовставка вплавляется в термопласт и создаёт металлическую внутреннюю резьбу.

Это особенно удобно при:

• регулярной сборке;

• обслуживании;

• необходимости более износостойкой резьбы.

Но сама вставка ничего не гарантирует.

Нужно правильно спроектировать:

• boss;

• материал вокруг него;

• глубину;

• стенки;

• способ установки.

Разные вставки отличаются:

• наружным диаметром;

• knurl;

• длиной;

• геометрией.

Кроме того, PLA, PETG, ABS, PA ведут себя при установке по-разному.

Поэтому посадку нужно проектировать по данным конкретной вставки и проверять на конкретном процессе.

Для вставки важны по крайней мере два разных режима:

• вырыв по оси;

• проворачивание.

На них влияют:

• геометрия knurl;

• длина вставки;

• wall thickness;

• материал;

• температура установки.

Не существует универсальной «прочности heat-set insert».

Иногда проще заложить в деталь обычную металлическую гайку.

Преимущества:

• стандартный крепёж;

• хороший ресурс резьбы;

• простая замена.

Но нужно предусмотреть:

• доступ;

• удержание гайки от вращения;

• технологичность установки.

Для нагруженного соединения это часто самый понятный путь.

Сила передаётся через болт, гайку и опорные поверхности.

Но всё равно важно не раздавить пластиковую стенку и оставить достаточно материала вокруг отверстия.

Крепёжная стойка должна иметь достаточно материала для:

• передачи усилия;

• установки insert;

• затяжки.

Но делать её бесконечно массивной тоже плохо: большой локальный объём может печататься дольше и создавать тепловые проблемы.

Нагрузка от крепежа может:

• растягивать стенки;

• срезать материал;

• раскрывать слои.

Поэтому соединение нужно смотреть вместе с направлением слоёв.

Редкая сборка, небольшая нагрузка → может хватить резьбы в пластике.

Многократная сборка → часто интереснее metallic insert.

Высокая осевая нагрузка → оценить insert или through bolt.

Максимально простая конструкция → captive nut может быть рациональнее сложной печатной резьбы.

Крепёж нужно проектировать не отдельно от детали, а как часть её силовой структуры.

Хорошее соединение — это:

геометрия → материал → ориентация → стенки → тип крепежа → реальная нагрузка.

Зависит от нагрузки и количества циклов. Для частой разборки metallic insert обычно интереснее.

Да, если вокруг отверстия достаточно материала и выбран подходящий пластик.

Верхняя часть окружности печатается как overhang.

Нужно брать данные конкретной вставки и проверять на используемом материале.

Не обязательно. Результат зависит от геометрии, материала и режима нагрузки.

Когда нужен простой обслуживаемый и относительно надёжный механический крепёж.

Если в детали есть резьбы, вставки или нагруженные отверстия, полезно указать тип крепежа и нагрузку ещё до подготовки производства.