In einer Welt, in der jedes Detail zählt, kann die Fähigkeit, sowohl Innen- als auch Außengewinde zu entwerfen, die auf Ihr Projekt zugeschnitten sind, den entscheidenden Unterschied ausmachen. Egal, ob Sie mit feinen Gewindestärken, komplexen Gewindeprofilen oder spezifischen metrischen oder Zollgewinden arbeiten, mit dem 3D-Druck können Sie Schraubengewinde mit der Gewissheit hinzufügen, dass sie wie vorgesehen funktionieren.
Wie integriert man Fäden in ein 3D-Design?
Das Integrieren von Fäden in ein Design bringt einige Herausforderungen mit sich. Glücklicherweise gibt es mehrere Möglichkeiten, einem 3D-gedruckten Teil Fäden hinzuzufügen.
Drucken von Threads
Eine der effektivsten Möglichkeiten, Fäden in ein Design zu integrieren, besteht darin, sie direkt in das Design zu drucken. Dies ermöglicht Flexibilität bei der Anpassung und bietet maximale Flexibilität.
Der direkte Druck kleinerer Durchmesser ist jedoch recht schwierig, daher ist diese Technik am besten für Gewinde mit einem Durchmesser von mehr als 6 mm geeignet oder M6 Schrauben.
Bedenken Sie auch, dass die Gewinde längeren Montagezyklen nicht standhalten, da ihre Stabilität zum Hinzufügen oder Entfernen einer Schraube nicht ausreicht.
Und schließlich ist der Direktdruck keine praktikable Lösung, wenn Sie mehrere Kopien erstellen möchten. In solchen Fällen ist es am besten, zusätzliche Drucker zu haben, was jedoch zusätzliche Kosten verursacht.
Verwendung von Heat-Set-Einlagen
Diese Technik ist großartig, weil beim 3D-Druck häufig thermoplastische und duroplastische Materialien verwendet werden.
Bei thermoplastischen Teilen werden bei wärmefixierten Einsätzen die Gewinde durch eine Kombination aus Hitze und Druck dauerhaft in ein Teil eingearbeitet. Dieser Vorgang ist zeitaufwändig, da das Teil abkühlen muss, aber er ist sehr einfach und unkompliziert.
Die Verwendung von wärmegehärteten Einsätzen für Duroplastteile erfordert eine zusätzliche Fixierung mit Klebstoff. Dieser Prozess hat außerdem eine lange Vorlaufzeit, da der Klebstoff vor der Installation der Schraube aushärten muss.
Manuelles Bohren und Gewindeschneiden
Diese Technik ist wahrscheinlich die schnellste und kostengünstigste Möglichkeit, Fäden in ein 3D-gedrucktes Design zu integrieren. Die für diesen Prozess benötigte Ausrüstung ist für jedermann leicht zugänglich. Der Halt der Fäden ist jedoch möglicherweise nicht so dauerhaft. Der gesamte Prozess ist außerdem recht zeitaufwändig.
Kombination mehrerer Methoden
Die Verwendung einer Kombination von Techniken kann sich als die effektivste Methode zum Einarbeiten von Gewinden erweisen. Das Einarbeiten von 3D-gedruckten Gewinden in Bereichen mit eingeschränkter Zugänglichkeit zusammen mit der Verwendung der Kombination der oben genannten Methoden kann die besten Ergebnisse liefern. Die Vorlaufzeit wird jedoch erheblich sein, da diese Methoden in der Regel eine erhebliche Verarbeitungszeit erfordern.
Was sind 3D-gedruckte Fäden?
3D-gedruckte Gewinde sind spiralförmige Rillen, die mithilfe der 3D-Drucktechnologie erstellt werden und ähnlich wie herkömmliche Schraubengewinde funktionieren, die in Befestigungs- und mechanischen Systemen verwendet werden. Gewinde sind jedoch nicht auf Schrauben beschränkt; sie kommen auch bei Rohren, Linearantrieben, Schneckengetrieben und anderen Geräten vor.
Die Struktur von Gewinden weist verschiedene Merkmale auf, die ihre Form, Funktionalität und Kompatibilität mit Gegenstücken bestimmen. Hier sind die Hauptelemente der Gewindestruktur:
- Spiralförmiger Pfad: Gewinde folgen einem spiralförmigen Pfad um die zylindrische Oberfläche, die innen oder außen sein kann.
- Gewindeprofil: Das Profil bzw. die Querschnittsform des Gewindes kann dreieckig (V-Gewinde), quadratisch, trapezförmig (Acme) und abgerundet sein.
- Steigung: Der Abstand zwischen entsprechenden Punkten auf benachbarten Gewinden.
- Wurzel: Dies ist die Unterseite der Oberfläche des Gewindes, die um den Gewindekörper verläuft
- Kamm: Dies ist der höchste Punkt des Gewindeprofils.
- Außendurchmesser: Der größte Durchmesser des Gewindes, auch Nenndurchmesser genannt.
- Kleinster Durchmesser: Der kleinste Durchmesser des Gewindes.
- Teildurchmesser: Der Durchmesser, bei dem die Gewindedicke dem Abstand zwischen den Gewinden entspricht.
- Gewindewinkel: Der Winkel zwischen den Flanken des Gewindes, der die Spitze mit der Wurzel verbindet.
3D-gedruckte Fadenvorschriften
Alle handelsüblichen Schrauben sind standardisiert. Wenn Sie ein Gewindeelement modellieren, sollte es daher auf einem Standard basieren. Dadurch lässt sich Ihr Modell besser an handelsübliche Teile anpassen.
Die Vorschriften unterscheiden zwischen metrischen und Zollgewinden. Metrische Maße werden weltweit in Europa, Großbritannien und Asien verwendet, imperiale Maße hingegen überwiegend in den USA.
Zollgewinde und ihre Standardgewindegrößen werden mit Nummern benannt, die im Unified Thread Standard (UTS) zu finden sind. Die Größe wird durch den Außen- oder Innendurchmesser und die Gewindegänge pro Zoll (TPI) bestimmt.
Wenn Sie Gewindeelemente konstruieren möchten, sollten Sie daher die Angaben zu Steigung, Winkel usw. den empfohlenen Normtabellen entnehmen.
Metrische Gewinde sind mit dem Buchstaben „M“ und einer Zahl gekennzeichnet, die für den nominalen Außendurchmesser eines Gewindes in Millimetern steht. Beispielsweise hat das M6-Gewinde einen nominalen Außendurchmesser von 6 mm.
Bei Außengewinden entspricht der Nennaußendurchmesser dem Außendurchmesser. Der Nennaußendurchmesser eines Innengewindes kann durch Messen des Innendurchmessers und Betrachten einer metrischen Gewindetabelle ermittelt werden.
Metrisches Gewindediagramm
A metrisches Gewindediagramm ist ein Nachschlagewerk, das ausführliche Informationen zu metrischen Schraubengewinden liefert, die häufig in der Technik und Fertigung verwendet werden. Die Tabelle enthält verschiedene Parameter wie Außen- und Innendurchmesser, Gewindesteigung und Teilkreisdurchmesser, die die Abmessungen und Toleranzen der Gewinde definieren.
Diese Parameter und metrischen ISO-Gewindeprofile gewährleisten Kompatibilität und Zuverlässigkeit in einem breiten Anwendungsbereich. Metrische ISO-Gewindeprofile beziehen sich auf die standardisierten Gewindeprofile, die von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) für die Verwendung in Schraubengewinden definiert wurden.
Dies sind die Schlüsselelemente, die typischerweise in einer metrischen Gewindetabelle zu finden sind:
- Gewindegröße
- Tonhöhe
- Großer Durchmesser
- Kleiner Durchmesser
- Teilkreisdurchmesser
- Gewindebohrergröße
Die Gewindebohrergröße bezieht sich auf die Differenz zwischen Nenndurchmesser (Außendurchmesser) und Gewindesteigung. Die Gewindebohrergröße ermöglicht die Herstellung eines Lochs, mit dem der Gewindebohrer effizient Gewinde in das Material schneiden kann, ohne den Gewindebohrer oder das Werkstück übermäßig zu belasten oder zu beschädigen.
Um eine metrische Gewindetabelle richtig lesen zu können, müssen Sie alle oben genannten Maße genau kennen. So können Sie zwischen Grob- und Feingewinden wählen. Dies hängt von den Anwendungsanforderungen ab. Grobgewinde eignen sich für eine schnelle Montage und raue Umgebungen, während Feingewinde eine höhere Präzision und Festigkeit bieten.
Vorteile von 3D-gedruckten Fäden
3D-Druckgewinde bieten im Vergleich zu handelsüblichen Schrauben zahlreiche Vorteile. Der Vorteil von 3D-Druckgewinden liegt in ihrer außergewöhnlichen Anpassungsfähigkeit und Präzision. Dieses Verfahren erfüllt spezifische Gewindeanforderungen mit Genauigkeit und steigert die Fertigungseffizienz.
Lassen Sie uns die wichtigsten Vorteile von 3D-gedruckten Fäden durchgehen:
Optimiertes Prototyping und Produktion
Die Verwendung von 3D-gedruckten Gewinden verkürzt die Bearbeitungszeit, da die Gewinde direkt in das 3D-gedruckte Teil integriert werden können. Dadurch entfallen nachträgliche Arbeitsschritte wie Bohren und Gewindeschneiden, was die Produktion beschleunigt. So können Sie schnell Prototypen von Gewindekomponenten erstellen und diese testen, was die Iteration und Verbesserung von Designs erleichtert.
Barrierefreiheit
Gewinde können an Stellen gedruckt werden, die mit herkömmlichen Werkzeugen schwer zu erreichen sind, wie z. B. innere Hohlräume oder komplizierte Teile. Mit 3D-Druck können Sie Gewinde an Stellen hinzufügen, an denen nach dem Drucken nur schwer gebohrt und Gewinde geschnitten werden können. Stärke und Integrität
Als Teil des Bauteils gedruckte Gewinde sind oft stärker und besser ausgerichtet als nachträglich hinzugefügte. Da nachträglich kein Bohren in den Druck erforderlich ist, um die Gewinde zu installieren, können Sie in Ihren Drucken einen geringeren Füllprozentsatz verwenden. Dies führt zu einer verbesserten Lastverteilung und einem geringeren Risiko einer Fehlausrichtung oder eines Ausfalls.
Bereitstellung von Präzision
Mit 3D-Druck lässt sich die Gewindegeometrie leicht ändern, um präzise Passungen und Funktionen zu erreichen. Mit 3D-Druck lassen sich komplizierte Gewindeformen erzeugen, die mit herkömmlichen Bearbeitungs- oder Gussverfahren möglicherweise nicht zu erreichen wären.
Kosteneffizienz
3D-gedruckte Gewinde sind außerdem eine kostengünstige Option, insbesondere für kleine Aufbauten. Der Herstellungsprozess reduziert den Materialabfall durch Bohren oder Gewindeschneiden. Außerdem sind keine Spezialwerkzeuge und -geräte zum Gewindeschneiden mehr erforderlich.
Designleitfaden für 3D-Druckgewinde
Die Wahl einer geeigneten CAD-Software ist beim Entwurf von Gewinden für den 3D-Druck von entscheidender Bedeutung. Ihre Auswahl muss Ihren Designanforderungen, den spezifischen Gewindetypen, die Sie erstellen möchten, und der Kompatibilität mit den im 3D-Druck verwendeten Dateiformaten entsprechen.
Für die Konstruktion von 3D-gedruckten Gewinden haben Sie zwei Möglichkeiten. Sie können entweder die Toolbox Ihrer CAD-Software verwenden oder das Gewinde von Grund auf neu modellieren.
Normalerweise ist es nicht notwendig, ein Teil von Grund auf neu zu entwerfen. Die meisten CAD-Programme enthalten Toolboxen mit Standardteilen. Daher ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass Sie kein Modell mit einem vorhandenen, im Handel erhältlichen Teil entwerfen müssen.
Es gibt jedoch Fälle, in denen Sie Gewinde von Grund auf neu modellieren müssen. In einem solchen Fall müssen Sie ein Modellierungstool im CAD-Programm verwenden. Wenn Sie die Grundlagen des Gewindedrucks verstehen, können Sie Modelle und Eingabewerte einfach bearbeiten, um die gewünschten Gewinde zu erzeugen.
Es ist auch wichtig, das Material zu berücksichtigen, das Sie zum Drucken verwenden. Es bestimmt die Haltbarkeit und Wirksamkeit des Teils.
Eines der beliebtesten Materialien für den 3D-Druck ist PLA, da es sich leicht bedrucken lässt. Allerdings ist es möglicherweise nicht so haltbar oder hitzebeständig wie andere Materialien.
ABS hingegen ist ein langlebiges, schlagfestes Material. Es eignet sich für funktionale Prototypen und Teile, die mechanische Festigkeit erfordern. Allerdings kann das Drucken mit ABS schwieriger sein und erfordert eine beheizte Bauplattform.
Sie können den Metall-3D-Druck auch mit Aluminium oder Edelstahl verwenden. Er ermöglicht hohe Festigkeit, Haltbarkeit und Präzision. Er eignet sich für die Herstellung funktionaler Metallteile mit komplexen Geometrien, insbesondere Gewindekomponenten.
3D-Druckverfahren
Vor dem Drucken von Gewindeelementen müssen einige wichtige Schritte zur Druckereinrichtung durchgeführt werden. Stellen Sie sicher, dass Ihr Drucker richtig kalibriert ist, einschließlich der Extruderkalibrierung. Darüber hinaus wird dringend empfohlen, Ihr Druckbett auszurichten.
Je nach Verwendungszweck Ihres Drucks sollten Sie Ihre Fäden vertikal oder horizontal drucken. Das vertikale Drucken von Fäden erfordert weniger Stützen und weniger Nachbearbeitung, aber die horizontale Ausrichtung ermöglicht eine höhere Festigkeit.
Versuchen Sie, ohne Stützen zu drucken, insbesondere ohne Stützen, die in das Gewinde gehen. Es kann schwierig sein, sie zu entfernen und die ordnungsgemäße Leistung aufrechtzuerhalten, insbesondere bei Innengewinden.
Um sicherzustellen, dass das gedruckte Gewinde haltbar ist, verwenden Sie mindestens vier vertikale Schichten. Die Schichthöhe ist auch ein entscheidender Parameter, den Sie beim Drucken von Gewinden berücksichtigen sollten. Für einen reibungslosen Betrieb sollten die Schichten so dünn wie möglich sein. Als Richtlinie gilt, dass Gewinde größer als M12 oder 1/2″ erfolgreich mit 0,2-mm-Schichten gedruckt werden können, während kleinere Gewinde dünnere Schichten erfordern.
Darüber hinaus ist es wichtig, die Fülldichte anzupassen und sicherzustellen, dass zwischen den Gewinden genügend Abstand besteht, damit sie richtig zusammenpassen.
Um die Haltbarkeit und Funktionalität Ihrer Gewinde zu verbessern, sollten Sie eine Fülldichte von mindestens 25 % in Betracht ziehen und einen Abstand von 0,15–2 mm zwischen den Gewinden einhalten. Auch die Wahl von für Kunststoffe geeigneten Gewindeprofilen ist eine wichtige Designüberlegung.
Überprüfen Sie nach dem Drucken Ihres Prototyps, ob Ihre Fäden wie vorgesehen passen und funktionieren. Passen Sie Ihr Design auf der Grundlage dieser Tests nach Bedarf an.
Reale Anwendungen von 3D-gedruckten Fäden
Die Bedeutung 3D-gedruckter Fäden zeigt sich in ihrer weitverbreiteten Verwendung in zahlreichen Branchen. Von der Luft- und Raumfahrt über die Automobilindustrie bis hin zum Gesundheitswesen spielen diese Fäden in modernen Fertigungsprozessen eine entscheidende Rolle.
Prototyping und Produktentwicklung
3D-gedruckte Fäden können die Prototyperstellung beschleunigen und ermöglichen schnelle Iteration und Anpassung. Dies reduziert den Zeit- und Kostenaufwand im Vergleich zu arbeitsintensiveren traditionellen Prototyping-Methoden erheblich.
Kundenspezifische Vorrichtungen und Werkzeuge
Maßgefertigte Vorrichtungen und Werkzeuge profitieren von der Präzision 3D-gedruckter Gewinde, was die Arbeitseffizienz und Arbeitsgenauigkeit verbessert. Diese Präzision ermöglicht die Erstellung hochgradig individueller und komplexer Designs, die auf bestimmte Aufgaben oder Maschinen zugeschnitten sind.
Endverbrauchskomponenten
3D-gedruckte Fäden können die Produktion kleiner Stückzahlen erleichtern und bieten Kosteneinsparungen und Gestaltungsfreiheit. Sie sind der Schlüssel zur Kombination von Teilen zu zusammenhängenden Produkten und zur Rationalisierung von Design und Montage.
Abschluss
Um die Herstellung von 3D-gedruckten Gewinden zu meistern, ist in mehreren Schlüsselbereichen Liebe zum Detail erforderlich. Es ist wichtig, die richtigen Gewindemaße und Druckausrichtung zu wählen, die am besten geeigneten Materialien auszuwählen und die verschiedenen Methoden zum Integrieren von Gewinden in Designs zu verstehen. Ob Sie sich für Direktdruck, Heatset-Einsätze oder manuelle Techniken entscheiden, jeder Ansatz dient spezifischen Anforderungen. Die Anwendung der richtigen Nachbearbeitungsmethoden kann die Qualität und Haltbarkeit des Endprodukts weiter verbessern. Wenn Sie sich auf diese Aspekte konzentrieren, können Sie den 3D-Druck nutzen, um präzise, effiziente und effektive Gewindekomponenten für verschiedene Anwendungen zu erstellen.
Bildnachweis: Eray Eliacık/Bing
