3D-Druckeinsätze

Additive Fertigung hat viele Vorteile, einschließlich der Möglichkeit Drucken von Teilesätzen in einem einzigen Druck oder komplexen Geometrien wie einem Gewinde. Im letzteren Fall ist die Gewindekonstruktion jedoch nicht so gestaltet, dass eine reguläre Montage möglich ist, da sie sich aufgrund der Kunststoffausführung verformen und ihre Abmessungen verlieren oder sogar brechen können.

Wenn Sie in der Welt des 3D-Drucks eine bestimmte Art von Teil herstellen möchten, gibt es zahlreiche Gelegenheiten, bei denen es notwendig ist, starke Verbindungen zu verwenden, um abnehmbare Teile herzustellen oder die dauerhafte Verbindung von großvolumigen Elementen sicherzustellen.

Mechanische Komponenten, die mit traditionellen Technologien hergestellt werden, werden zu einer Unterstützung für Teile der additiven Fertigung. Und im speziellen Fall von Fügeteilen sind Einlegeteile besonders hervorzuheben.

Was sind Einfügungen?

Eine Alternative zum Einfügen von Muttern in die Mitte eines Drucks ist die Verwendung von Metalleinsätzen. Metalleinsätze sind Befestigungselemente mit Gewinde, die in ein Loch eingesetzt werden, um das Teil mit einer möglichen Schraubverbindung zu versehen.

Bild 1:Einsätze. Quelle:Filament2print.

Bei der Auswahl des besten Einsatztyps sind zwei Schlüsselfaktoren zu berücksichtigen: Auszugsfestigkeit und Verdrehfestigkeit.

• Der Auszugswiderstand ist der Widerstand des Einsatzes gegen Herausziehen aus seinem Gehäuse, wenn die Schraube angezogen wird. Dies ist ein Wert, der durch Erhöhen der Länge des Einsatzes erhöht werden kann.

• Der Rotationswiderstand ist der Widerstand gegen das Drehen des Einsatzes um sich selbst, wenn die Schraube angezogen wird. In diesem Fall ist die Drehmomentkapazität umso größer, je größer der Durchmesser des Einsatzes ist, da eine größere Spannfläche auf dem Teil vorhanden ist.

Generell werden Faktoren wie der Durchmesser und die Größe des Einsatzes berücksichtigt (für die das technische Datenblatt des Herstellers herangezogen werden muss). Und Materialien, sowohl des Einsatzes als auch des Kunststoffs, wo die Installation durchgeführt werden soll. Ob für Metall, Holz, Kunststoff oder ähnliches, es gibt eine große Auswahl an Einsätzen, die in jegliche Art von Material eingebaut werden können. Das gebräuchlichste Material bei der Herstellung von Einsätzen ist Messing, obwohl auch andere Materialien wie Edelstahl (korrosionsbeständig) oder Aluminium (geringeres Gewicht) auftauchen.

Für FDM (bei der Herstellung mit thermoplastischen Materialien) fast jeder Einsatz wäre geeignet aber bei der Herstellung durch SLA (das wärmehärtbare Materialien verwendet und daher nach dem Drucken nicht durch Hitze oder Druck modifiziert werden kann) es konnten nur selbstschneidende oder Helicoil-Einsätze installiert werden.

Es ist sehr wichtig zu betonen, dass trotz der Tatsache, dass bei FDM ein Einsatz aus fast jedem Material verwendet werden kann, das Verfahren zum Platzieren dieses Einsatzes immer problematischer sein wird als bei SLA-Teilen. Dies ist auf die Nicht-Isotropie des Teils zurückzuführen, was bedeutet, dass der Druck bei einem kalt platzierten Einsatz so hoch ist, dass das Teil delaminiert.

Es gibt viele Arten von Einsätzen, und die übliche Klassifizierung erfolgt nach ihrer Art des Einsatzes.

Arten von Beilagen

Wärmeeinbringung: Wärmeeinsätze werden bei thermoplastischen Materialien verwendet, die bei niedrigen Temperaturen schmelzen. Die Verwendungsweise ist sehr einfach und erfordert lediglich einen Lötkolben oder eine andere Wärmequelle (Modifi3D Pro), die eine Erwärmung des Einsatzes durch Kontakt durch Wärmeübertragung bewirkt. Um diese Art von Einsatz zu platzieren, muss in dem Teil ein Loch vorhanden sein, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der Außendurchmesser des Einsatzes. Drücken Sie den Einsatz mit einem Einführwerkzeug und kontrolliertem Druck (da es möglich ist, das Teil um das Loch herum zu schmelzen) über den Rand des Lochs, um den Kunststoff zu erweitern. Der Einsatz wird beim Abkühlen zwischen den Fasern des Kunststoffs eingeschlossen. Der Einsatz befindet sich in der richtigen Position, wenn beide Kanten, Teil und Einsatz, auf gleicher Höhe sind. Bei richtiger Positionierung dieser Art von Einlagen kann eine Zugfestigkeit von 15 kg und eine Torsionsfestigkeit von 2,5 kg erreicht werden. Darüber hinaus sind bei Gewindeschneideinsätzen beide Löcher offen, sodass sie als Durchgangslöcher betrachtet werden können, was bedeutet, dass die Länge des Einsatzes keine Einschränkung darstellt, selbst wenn die zu schneidende Schraube tiefer als die Länge des Einsatzes selbst eingebracht werden muss.

Bild 2:Wärmeeinsatz. Quelle:Filament2print.

Druck :Druckeinsätze oder Nieten erfordern ein Loch mit dem gleichen Durchmesser wie der Niet. Ihre Installation ist sehr einfach, da sie wie jede Niete einfach mit einem Kompressionswerkzeug eingepresst werden müssen. Wie im vorherigen Fall befindet sich der Einsatz in der richtigen Position, wenn sich die beiden Kanten auf gleicher Höhe befinden. Es ist sehr wichtig zu beachten, dass die Einsätze während der Installation richtig gepresst werden müssen, da die Teile in der Nähe der Löcher gequetscht werden können.

Selbsteinfädelnd :Für bestimmte Materialien, die beim SLS- und Harz-3D-Druck verwendet werden, die bei sehr hohen Temperaturen schmelzen oder beim Erhitzen kein stabiles Verhalten zeigen, sind selbstschneidende Einsätze ideal. Diese Einsätze, die sich durch ein Innen- und Außengewinde für eine einfache Installation im Teil auszeichnen, werden mit einem Ensat-Gewindewerkzeug platziert. Das Teil muss mit einer Bohrung gefertigt werden, die den gleichen Nenndurchmesser wie der Einsatz hat, da diese Einsätze beim Einbau ein Gewinde auf dem Kunststoff erzeugen, was zu einer Baugruppe führt, die im Vergleich zu Wärmeeinsätzen viel stärkeren Belastungen ausgesetzt werden kann. Darüber hinaus bestehen diese Einsätze aus Edelstahl, einem Material, das sehr widerstandsfähig gegen Verschleiß und aggressive Umgebungen ist.

Bild 3:Selbstschneidender Einsatz und Werkzeug. Quelle:Filament2print.

Helicoil :Wie die selbstschneidenden Einsätze haben auch die Helicoil-Einsätze 2 Gewinde und funktionieren genauso. Die Bohrung im Werkstück muss entsprechend der Norm der gewählten Wendel bemessen sein. Zum Einsetzen des Einsatzes muss zuerst das Gewinde mit einem Gewindebohrer in die Bohrung eingebracht und dann mit einem Werkzeug eingebaut werden. Abschließend wird der kleine Flansch am unteren Ende des Einsatzes abgebrochen, der als Anschlag für das Montagewerkzeug dient. Es stimmt zwar, dass diese Einsätze nicht billig sind, aber das Aussehen und die praktische Anwendbarkeit sind bemerkenswert.

Empfehlungen

Hinsichtlich des Durchmessers der Löcher muss berücksichtigt werden, dass es beim Drucken des Teils zu Maßabweichungen zwischen dem 3D-Design und dem Teil kommt, also beim Entwerfen der Löcher es wird notwendig sein, ihnen eine Toleranz aufzuerlegen. Außerdem muss das Loch lang genug für die Installation des Einsatzes sein, auch unter Berücksichtigung der zusätzlichen Länge des Schraubenvorsprungs. Eine weitere Sache, die in Bezug auf das Design berücksichtigt werden muss, ist die Wandstärke; Versuchen Sie, Werte anzuwenden, die hoch genug sind, damit das Loch beim Bearbeiten nicht in die Füllung des Teils eintritt.

Bild 4:Einsetzen des Einsatzes durch Erhitzen. Quelle:Markforged.

Bei der Installation ist es sehr wichtig, bestimmte Aspekte wie Positionierung und Betriebsgeschwindigkeit sicherzustellen. Achten Sie immer darauf, dass der Einsatz möglichst zentriert und senkrecht zum Loch ist . Dies gilt für Hitze-, Druck- oder Gewindeeinsätze, da das Einsetzen des Einsatzes zu einem Überdrehen und einer Beschädigung des Gewindes oder sogar zu einem nachträglichen falschen Eindrehen der Verbindungsschraube führen kann. Beachten Sie, dass die Teile aus Kunststoff bestehen und der Einsatz ein Metallelement ist, was sich auf die Installationsgeschwindigkeit auswirkt, da die Härte des Metalls die gedruckten Teile beschädigen kann. Aus diesem Grund muss die Geschwindigkeit kontrolliert werden, um die Wände des Lochs nicht zu beschädigen.

Wie wir wissen, befindet sich der 3D-Druck in voller Entwicklung, und Lösungen wie diese sind diejenigen, die den Unterschied ausmachen, wenn es darum geht, Teile mit größerer Komplexität zu erhalten, und die den Anforderungen der Branche besser entsprechen.