3D печать - резьба и винты

Перво-наперво: в чем разница между винтом и резьбой?

Винт - это крепежный элемент, используемый для образования соединения, которое впоследствии может быть демонтировано, в то время как резьба является основным крепежным элементом винта. При этом резьба используется не только для винтов; они также присутствуют на трубах, в линейных приводах, червячных передачах и многих других устройствах.

Общей чертой всех резьб является способ их формирования. Каждая резьба представляет собой непрерывную спиральную канавку определенного поперечного сечения, выполненную на внешней или внутренней стороне цилиндрической поверхности.

В большинстве случаев поперечное сечение или форма бывает треугольной или трапециевидной. Треугольные формы резьбы в основном используются для крепежных деталей (винтов), в то время как трапециевидные формы резьбы, разновидности квадратной резьбы, используются для передачи энергии и линейных приводов на ходовых винтах. Чтобы упростить задачу, в этой статье рассматриваются только резьбы треугольной формы, но все применимо к обоим типам.

Дальнейший уровень категоризации отличает метрическую резьбу от дюймовой. Первые в основном используются в Европе и Азии, а вторые - в Америке и Великобритании. Для неподготовленного глаза они выглядят одинаково, но разница существует в форме треугольника и шаге спиральной кривой.

В этой статье мы рассмотрим основы проектирования и 3D печати винтов и резьб.

Основные термины

Прежде чем приступить к разработке резьбы, вам следует ознакомиться с несколькими терминами и концепциями.

Наружная или внутренняя резьба: внешняя или наружная резьба выходит из цилиндрической поверхности. Внутренняя резьба вырезана на внутренней цилиндрической поверхности. Например, болты имеют внешнюю резьбу, а гайки - внутреннюю.

Ось резьбы: линия, проходящая через центр цилиндра, на котором образуется резьба.

Основание: нижняя часть канавки, проходящая вокруг тела резьбы.

Гребень: самая высокая точка профиля резьбы.

Большой диаметр: диаметр цилиндра, охватывающий вершину внешней резьбы или основание внутренней резьбы. Этот цилиндр концентричен оси резьбы.

Малый диаметр: диаметр цилиндра, охватывающий основание резьбы на внешней резьбе или вершину внутренней резьбы. Этот цилиндр концентричен оси резьбы и большому диаметру. Меньший диаметр также известен как диаметр сверла при обращении с внутренней резьбой.

Шаг: расстояние между эквивалентными точками на соседних нитях. Например, расстояние между двумя соседними гребнями треугольной нити.

Метрическая резьба: Обозначение "M" метрической резьбы указывает на номинальный внешний диаметр резьбы в миллиметрах. Например, резьба M5 имеет номинальный внешний диаметр 5 мм. Для внешней резьбы номинальный внешний диаметр эквивалентен большому диаметру. Для внутренней резьбы номинальный внешний диаметр может быть определен путем измерения малого диаметра и обращения к таблице метрической резьбы.

Дюймовая резьба: Дюймовая резьба обозначается с использованием ряда стандартов, включая унифицированный стандарт резьбы (UTS), который в основном называет стандартные размеры резьбы числами (например, # 4). Двумя наиболее важными измерениями в UTS являются большой или малый диаметр внешней или внутренней резьбы, соответственно, и резьба на дюйм (TPI).

Моделирование резьбы

Рассмотрим процесс проектирования внешних и внутренних резьб с помощью Fusion 360, который обеспечивает упрощенную функцию создания резьб.

В других программах САПР есть инструменты разной степени схожести. Важно понимать основы, представленные в предыдущем разделе. Обладая этими знаниями, вы сможете использовать любой доступный инструмент моделирования для 3D моделирования.

Начнем с внешней резьбы болта.

Внешняя резьба

- Нарисуйте круг с диаметром, равным наибольшему диаметру желаемой резьбы.

- Создайте цилиндр, выдавив круг до нужной длины резьбы.

- Перейдите в "Create" и выберите опцию "Thread".

- Выберите только что созданный цилиндр. Убедитесь, что установлен флажок "Modeled". Установите тип резьбы и другие параметры резьбы. Нажмите "ОК".

Вот и все. У вас есть внешняя резьба! Чтобы сделать из него хороший болт, вам нужно прикрепить его к головке по своему вкусу.

Теперь создадим гайку с внутренней резьбой.

Внутренняя резьба

- Создайте шестиугольник. Для целей этого урока просто убедитесь, что он больше, чем резьба, которую вы хотите создать.

- Выдавите его до желаемой высоты.

- Сделайте отверстие в центре, выбрав опцию "Hole" в меню "Create". Диаметр отверстия должен соответствовать наибольшему диаметру резьбы.

- Выберите внутреннюю поверхность только что созданного отверстия, перейдите в "Create" и выберите параметр "Thread".

- Не забудьте отметить опцию "Modeled". Установите размер резьбы и другие параметры. Щелкните "ОК".

Вот и все. Ваши первые резьбы готовы к 3D печати!

Рекомендации по 3D печати деталей с резьбами

На первый взгляд это может показаться простой задачей, но распечатать резьбу не всегда легко, особенно если вам нужны небольшие диаметры.

Предположим, вы используете сопло 0,4 мм и высоту слоя 0,2 мм. При такой настройке наименьший шаг, который вы сможете обеспечить во время 3D печати, вероятно, будет около 0,5 мм (плюс-минус 0,1 мм). Такой шаг подходит для резьбы M3 и у вас не должно возникнуть проблем при попытке напечатать внутреннюю резьбу на относительно большой детали. Это потому, что у вашей резьбы будет достаточно времени, чтобы остыть, пока сопло находится в другом месте.

Все становится интересно, если вам нужна внешняя резьба, например, на винте или болте. В этом случае соплу больше некуда деваться, а это значит, что вам, вероятно, понадобится дополнительное охлаждение. Проверьте свой 3D принтер, прежде чем вы решите печатать много тонких внешних резьб.

Один из самых практичных вариантов перед началом печать резьбы - M10 3D Printed Thread Test. Благодаря этой специальной 3D модели вы сможете проверить на что именно способен ваш 3D принтер.

Настройки при 3D печати деталей с резьбами

Ниже приведены некоторые общие рекомендации по настройке вашего 3D принтера при печати резьбы.

- Убедитесь, что ваш 3D принтер правильно откалиброван. Также важна калибровка экструдера.

- Всегда старайтесь печатать резьбу вертикально. Для достижения наилучших результатов оси резьбы должны быть перпендикулярны столу вашего 3D принтера.

- Печатайте без суппортов или, по крайней мере, убедитесь, что они не заходят внутрь резьбы. В противном случае их удаление и сохранение функциональности может стать настоящей проблемой, особенно с внутренней резьбой.

- По возможности используйте не менее 4 вертикальных слоев или вертикальные стенки толщиной не менее 2 мм. Это обеспечит прочность резьбе.

- Плотность заполнения постарайтесь установить не менее 25%.

- Высота слоя - важный параметр при 3D печати резьбы. Для бесперебойной работы слои должны быть как можно тоньше. Ориентировочно, резьба размером больше M12 или 1/2 дюйма может быть успешно напечатана со слоем 0,2 мм, в то время как резьба меньшего размера должна быть напечатана с более тонкими слоями.

Резюме

Даже если ваш первый тест не увенчается успехом, не отчаивайтесь! Вот несколько заключительных советов для 3D печати резьбы:

- Даже если вам удастся напечатать красивую внешнюю резьбу размером меньше M6 (6 мм в диаметре), дважды подумайте, прежде чем использовать ее для использования под нагрузками. Из-за небольшого диаметра и особенностей 3D печати этот размер резьбы лучше всего подходит только для визуальных моделей. Если это должна быть функциональная деталь, подумайте о другой конструкции.

- Внутренняя резьба диаметром менее 4 мм имеет небольшой шаг, что затрудняет 3D печать. Подумайте о том, чтобы напечатать пустое отверстие и нарезать резьбу гаечным ключом такого размера. В любом случае, всегда рекомендуется очищать резьбу перед использованием, будь то 3D печать или обрезка.

- Некоторые материалы дают усадку больше, чем другие. Прежде чем приступить к 3D печати больших деталей с резьбой, сделайте несколько небольших образцов, чтобы проверить размеры резьбы.