Beherrschen von 3D-Druckfäden:Ein umfassender Leitfaden für Anfänger

Schrauben und Gewinde gehören zu den beliebtesten Verbindungselementen weltweit, da sie eine bequeme Verbindung in mehreren komplizierten Baugruppen ermöglichen. Bei 3D-gedruckten Teilen sind Gewinde ein wichtiges Element, das die Verwendung handelsüblicher Schrauben und Befestigungselemente ermöglichen kann. Allerdings kann der 3D-Druck von Gewinden und deren Einbindung in das Design ohne den richtigen Prozess eine Herausforderung sein.

In diesem Artikel werden die Grundlagen von 3D-gedruckten Gewinden erläutert und die Best Practices besprochen, die konsistente Ergebnisse ohne zusätzliche Komplexität liefern.  

Die Vorteile des 3D-Drucks für Gewinde

Bevor wir uns mit den Details von 3D-gedruckten Fäden befassen, ist es wichtig, etwas Licht ins Dunkel zu bringen, warum die Branche diese bevorzugt verwendet.

Komplexes Design zulassen

Erstens ermöglichen 3D-Druckfäden die Erstellung selbst der komplexesten Designs, da die Technologie nur wenigen Einschränkungen unterliegt. In ähnlicher Weise weisen andere Methoden wie maschinelle Bearbeitung und Gießen mehrere Probleme, interne Materialfehler und andere Qualitätsprobleme bei der Erstellung komplexer, integrierter Formen auf.

3D-Drucker bauen Teile jedoch direkt in Schichten auf, was eine bessere Flexibilität und Leistung ermöglicht. Darüber hinaus müssen 3D-gedruckte Schraubengewinde nicht wie bei anderen Herstellungsmethoden immer auf der Oberfläche sein. Sie können in der Mitte oder in anderen Bereichen versteckt sein, in denen es mit anderen Methoden äußerst schwierig ist, Threads hinzuzufügen.

Sorgen Sie für eine glatte Oberfläche

Zusätzlich zu den oben genannten Vorteilen ist die Oberflächenveredelung ein weiterer Vorteil von 3D-Druckfäden. Darüber hinaus sind diese Oberflächen recht glatt und erfordern kaum bis gar keine Nachbearbeitung. Darüber hinaus erfordern andere Prozesse wie Gießen und Bearbeiten erhebliche Ressourcen, um das Teil durch Schleifen, Drehen und andere Vorgänge vorzubereiten. Bei der additiven Fertigung sieht der Prozess jedoch anders aus, da nach Fertigstellung des Teils keine weitere Nachbearbeitung erforderlich ist.

Präzisionsbedruckte Fäden

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von 3D-Druckern ist die Präzision, Konsistenz und hohe Toleranz. Einige Anwendungen erfordern aufgrund ihrer Empfindlichkeit all dies und der Einsatz von 3D-Druck scheint die einzig praktikable Antwort zu sein.

Kostengünstige Option

Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von 3D-gedruckten Schraubengewinden und anderen Teilen ist die Kosteneffizienz bei kleinen Aufbauten. Darüber hinaus ist die Verwendung des 3D-Drucks für die Prototypenerstellung eine der wichtigsten Phasen jedes Designprojekts, und die Verwendung herkömmlicher Bearbeitungs- oder anderer Methoden kann viel Zeit und Ressourcen in Anspruch nehmen. Der Einsatz von 3D-Druck kann stattdessen sowohl Zeit als auch erhebliche Ressourcen sparen, was mehrere Iterationen erleichtert und zur Optimierung der Designs beiträgt, um die Gesamtleistung des Projekts zu verbessern.

Designbedingungen für 3D-Druckfäden

Bevor wir mit der Einbindung von Innen- und Außengewinden in ein 3D-Druckdesign fortfahren, ist es wichtig, einige der gebräuchlichsten Designbegriffe zu besprechen, die jeder kennen sollte, der mit diesem Gebiet zu tun hat.

BegriffBeschreibungExterne oder interne ThreadsDer einzige Unterschied zwischen diesen Threads ist ihre Position. Innengewinde bleiben in der Oberfläche und sind nicht sichtbar. Außengewinde bleiben jedoch an der Oberfläche. Schrauben und Muttern sind das perfekte Beispiel dafür, dass das Gewinde der Schraube ein Außengewinde hat, während die Mutter ein Innengewinde hat. Steigung:Dies bezieht sich auf den Abstand zwischen zwei benachbarten Punkten einer Schraube. Hauptdurchmesser:Der Gesamtdurchmesser der Schraube beginnt am äußersten Ende der Schraube bis zur Mitte der Schraube. Kleiner Durchmesser:Der Durchmesser der Schraube ohne Berücksichtigung der Abmessungen des Gewindes. Darüber hinaus wird er auch Kerndurchmesser genannt. Gewindeachse Die gedachte Linie verläuft durch die Mitte des Zylinders einer Schraube. Wurzel Die innere Rille der Schraube verläuft um die Gewindefläche. Kamm Der höchste Punkt der Schraube, der am weitesten von der Mitte entfernt ist. Kopf Der Kopf bezieht sich auf den obersten freiliegenden Bereich der Schraube, der zum Drehen der Schraube verwendet wird. Form Die Form ist die Gesamtform des Gewindegrats. Die dreieckigen oder sechseckigen Profile gehören zu den gebräuchlichsten.  KonischEinige Gewinde bleiben nicht in einer geraden Linie, wobei benachbarte Spitzen parallel zueinander verlaufen. Sie haben stattdessen ein konisches Gewinde, das für einen besseren Halt und eine bessere Abdichtung sorgt. Grob- und Feingewinde Dies bezieht sich auf die Gewindelänge. Je feiner die Fäden sind, desto größer ist die Anzahl der Fäden pro Distanzeinheit. Ebenso sind grobe Gewinde das Gegenteil davon und haben eine geringere Anzahl von Gewindegängen pro Abstand. Metrische Gewinde Metrische Gewinde haben einen Abstand, der in SI-Einheiten abgebildet wird. Zollgewinde Der Abstand bei diesen Gewinden wird in amerikanischen Einheiten angegeben, die in Zoll angegeben sind.

Designhandbuch für 3D-Druckfäden

Die Integration von Gewindedesign in jedes 3D-Druckdesign erfordert sorgfältige Präzision. Allerdings ist der Prozess, wie bereits erwähnt, im Vergleich zu anderen traditionellen Methoden, die die Branche verwendet, flexibler und intuitiver.

Softwarepaket

Die erste Frage zu Gewindeteilen betrifft die zu verwendende Software. Gibt es ein spezielles Softwarepaket für Gewindeteile? Die Antwort ist nein. Designer können mit demselben Softwarepaket Gewinde oder andere Funktionen in ein 3D-Druckteil integrieren. Wer beispielsweise Fusion 360 oder SolidWorks verwendet, muss nicht auf ein anderes Programm umsteigen.

Darüber hinaus sind die Grundlagen wichtiger. Jeder, der sich mit den grundlegenden Terminologien, ihrer Wirkung und den Gesamtanforderungen des Projekts auskennt, kann die Threads mithilfe sehr einfacher und benutzerfreundlicher Funktionen problemlos in die Designdatei einfügen. Unabhängig vom Softwareprogramm bleibt die Grundfunktion zur Erstellung von Gewindeteilen gleich. Die Schritte unterscheiden sich jedoch geringfügig, je nachdem, ob das Außen- oder Innengewinde benötigt wird.

Externe Threads

• Zeichnen Sie einen Kreis mit einem Durchmesser, der dem Hauptdurchmesser des Gewindes entspricht
• Verwenden Sie die Extrusionsfunktion, um einen Zylinder mit der erforderlichen Länge zu erstellen
• Dieser Schritt unterscheidet sich je nach Software etwas. Suchen Sie auf der entsprechenden Registerkarte nach der Option zum Erstellen von Threads. Fügen Sie alle Details wie Steigung und Kerndurchmesser hinzu und führen Sie die Funktion aus, um das Gewinde zu erstellen.

Interne Threads

• Zeichnen Sie ein Sechseck mit der gleichen Größe wie die Gewinde
• Extrudieren Sie die Form auf die erforderliche Länge
• Erstellen Sie ein Loch in der Mitte und legen Sie den Durchmesser als Hauptdurchmesser des Gewindes fest
• Wählen Sie die Innenfläche des Lochs aus und erstellen Sie die Gewinde mit der entsprechenden Option im Programm
• Klicken Sie auf die Gewindegröße und wählen Sie alle anderen Parameter aus, bevor Sie auf „OK“ klicken

Überlegungen und Einstellungen zum 3D-Druck

Der Prozess für 3D-Druckfäden ist recht einfach. Aufgrund mehrerer Faktoren ist dies jedoch nicht immer einfach. Der größte limitierende Faktor ist die Größe, da es wesentlich schwieriger ist, Gewinde mit einem kleineren Durchmesser hinzuzufügen.

Darüber hinaus hängt die kleinstmögliche Größe eines Setups von den Eigenschaften des 3D-Druckers ab. Bei größeren Durchmessern kann jeder 3D-Drucker funktionieren, da der Faden genügend Zeit zum Abkühlen hat, während sich die Düse an einer anderen Stelle befindet. Ebenso ist es bei kleineren Durchmessern immer besser, den 3D-Drucker vorher zu testen, um spätere Probleme zu vermeiden.

Neben den Druckereigenschaften sind auch die Kalibrierung und Einstellungen wichtig für zuverlässige Ergebnisse. Hier sind ein paar allgemeine Richtlinien, um die Zuverlässigkeit und Konsistenz der 3D-Druckerleistung in Bezug auf Gewinde sicherzustellen.

• Stellen Sie sicher, dass Drucker und Extruder richtig kalibriert sind
• Stellen Sie die Höhe des 3D-Druckerbetts ein
• Optimieren Sie das Design, um sicherzustellen, dass der Drucker die Fäden immer vertikal erzeugt
• Stellen Sie sicher, dass die Stützen nicht in die Gewinde hineinragen. Andernfalls lässt es sich nur schwer entfernen
• Verwenden Sie mindestens 4 vertikale Schichten mit 2 mm dicken Wänden, um stärkere Fäden zu gewährleisten
• Wählen Sie die Fülldichte entsprechend der Anwendung, aber stellen Sie sie auf keinen Fall unter 25 % ein

Gemeinsame Methoden zum Hinzufügen von Gewinden zu 3D-gedruckten Teilen

Es gibt mehrere Möglichkeiten, Gewinde in ein 3D-gedrucktes Teil zu integrieren. Die beste Wahl hängt von der Anwendung und den Anforderungen des Projekts ab. Die folgenden Methoden sind jedoch in der Branche am gebräuchlichsten.

Threads drucken

Das direkte Drucken von Fäden gehört zu den effektivsten Möglichkeiten, Fäden in ein Design zu integrieren. Dies ist eine ideale Möglichkeit, da sie ein individuelles Design ermöglicht und den Benutzern maximale Flexibilität bietet.

Allerdings gibt es auch ein paar Einschränkungen. Das direkte Drucken kleinerer Durchmesser ist recht schwierig. Ebenso halten die Gewinde längere Montage- und Demontagezyklen nicht stand, da die Gewinde nicht stark genug sind, um eine Schraube hinzuzufügen oder zu entfernen.

Darüber hinaus ist der Direktdruck keine praktikable Lösung für Situationen, in denen eine bestimmte Anzahl von Kopien benötigt wird. In solchen Fällen müssen die Hersteller entweder über zusätzliche Drucker verfügen. Dies führt jedoch zu erhöhten Kosten.

Verwendung von Heat-Set-Einsätzen

Dies ist eine hervorragende Option, da der 3D-Druck am häufigsten bei thermoplastischen und duroplastischen Materialien zum Einsatz kommt.

Für thermoplastische Teile ist die Verwendung von Heatset-Einsätzen eine praktikable Option, da dabei die Kombination aus Hitze und Druck genutzt wird, um die Gewinde dauerhaft in ein bestehendes Teil einzufügen. Der Vorgang ist äußerst einfach, aber zeitaufwändig, da die Bearbeitung mit einem Lötkolben und das Warten auf das Abkühlen des Teils erforderlich ist.

Bei duroplastischen Teilen umfasst der Prozess auch das Fixieren des Einsatzes mit Klebstoff. Ähnlich wie bei duroplastischen Materialien hat auch dieser Prozess eine erhebliche Vorlaufzeit, da der Kleber vor dem Einbau der Schraube Zeit zum Aushärten benötigt.

Manuelles Bohren und Gewindeschneiden

Dies ist eine der schnellsten und wirtschaftlichsten Möglichkeiten, Gewinde zu einem 3D-gedruckten Design hinzuzufügen. Die Fäden bieten einen hervorragenden Halt und die Ausrüstung zur Verarbeitung ist einfach und in fast jeder Werkstatt leicht erhältlich. Die Fäden sind jedoch nicht zu stark und können auch die Gesamtdurchlaufzeit verlängern, da der Prozess selbst manuell erfolgt.

Kombination mehrerer Elemente

Schließlich ist der vielleicht effektivste Ansatz die Kombination verschiedener Methoden. Fügen Sie 3D-gedruckte Fäden in Bereichen mit eingeschränktem Zugang hinzu. Mit der Kombination der oben genannten Methoden können Sie die besten Ergebnisse erzielen. Allerdings ist auch die Vorlaufzeit hoch, da die meisten dieser Methoden erhebliche Bearbeitungszeiten erfordern.

RapidDirect:Die ideale Wahl für den 3D-Druck von Gewinden und Schrauben

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