Jak vybrat závitovou vložku pro vaši 3D tištěnou sestavu

Závitové vložky se dodávají v různých typech, často kategorizovaných podle způsobu instalace, jako je instalace za tepla/ultrazvukem po formování a lisování za studena. Optimální typ vložky pro 3D tištěnou aplikaci je určen hostitelským plastovým materiálem.

Výkon vložky je silně ovlivněn vlastnostmi hostitelského materiálu.

• Pevnost v tahu: Měří schopnost materiálu odolávat plastické deformaci
• Modul pružnosti: Ovlivňuje tuhost materiálu a schopnost rozložit ohybové síly, což je klíčové pro prevenci deformace a zajištění správného rozložení zatížení

Kromě toho budou proces instalace ovlivňovat i tepelné vlastnosti, protože materiály s vyšší tepelnou vodivostí zajišťují rovnoměrnější distribuci tepla, zlepšují tok plastu a zajišťují úplné vyplnění kolem upevňovacích prvků pro bezpečné spojení. Stejně tak hodnota tepelné deformace daného plastu ovlivní teplotu pro tepelnou nebo ultrazvukovou instalaci závitové vložky.

Výkon závitové vložky v 3D tištěných materiálech je ovlivněn několika klíčovými faktory. Tato část popisuje základní návrhové pokyny se zaměřením na velikost otvoru v hostitelském materiálu, vlastnosti materiálu, tloušťku stěny, výplň a tloušťku vrstvy, aby byl zajištěn optimální výkon závitové vložky v aplikacích 3D tisku.

Velikost otvoru je zásadní pro výkon závitových vložek. Katalog závitových vložek společnosti SPIROL poskytuje pokyny pro určení velikosti otvoru, ale tolerance 3D tisku často překračují doporučenou hodnotu +0,08 mm. Typické tolerance jsou následující:

• Průmyslový FDM tisk: ±0,2 mm
• Stolní tiskárny: ±0,3–0,5 mm
• Tiskárny SLA: ±0,1 mm
• Tisk SLS: ±0,3 mm

Jednou z možností, jak zmírnit odchylky, je vyvrtání otvorů do plastového nosiče, což sice snižuje odchylky, ale může ohrozit vyztužení vnějšími stěnami vytištěnými technologií FDM (podrobněji popsáno níže v tomto článku). Alternativně lze provádět iterativní vývoj, dokud není dosaženo optimální velikosti otvoru.

Výkon vložky lineárně roste s hustotou výplně. Pro optimální výkon vložky navrhujte hustotu výplně vyšší než 50 %.

Obecně platí, že silnější vrstvy vedou ke slabšímu spojení mezi vrstvami, protože jsou v nich větší mezery. Nejlepšího výkonu vložky se obvykle dosahuje při tloušťce vrstvy kolem 0,16–0,2 mm pro FDM a SLS, kde je optimalizována pevnost v tahu.

Porovnejme výkon tří různých sérií závitových vložek M6: symetrických (SPIROL INS 29 Long) a asymetrických (SPIROL INS 19 Long) vložek lisovaných za tepla a lisovaných závitových vložek (SPIROL INS 50) v běžných materiálech pro 3D tisk. Podrobné výsledky srovnávacích testů jsou k dispozici pro komponenty tištěné technologií FDM, SLS a SLA. Tyto poznatky pomohou konstruktérům vybrat optimální závitovou vložku na základě konkrétních požadavků na výkon.

Při porovnávání rozdílů mezi součástmi vyrobenými metodami lisování plastů a 3D tisku je důležité si uvědomit, že stejný materiál může mít velmi odlišné vlastnosti, které ovlivňují výkon vložky.

Navzdory vrstvené geometrii komponent tištěných metodou FDM dosahují vysokého výkonu – zejména při použití tepelných/ultrazvukových vložek. Přímé srovnání polykarbonátu (PC) tištěného metodou FDM a extrudovaného plastu je znázorněno na obrázku 12.

Výtisky SLS jsou náchylnější k mikropopraskání a předčasnému selhání vložky. Prášky SLS mají tendenci vykazovat horší materiálové vlastnosti než podobné plasty pro lisování, často kvůli odlišnému složení a mikroporozitě v hotových tištěných součástech. Vzhledem k tomu, že se materiálové vlastnosti značně liší, může být výkon vložky o 20 % až 50 % nižší než u extrudovaného plastu.

Obrázek 12
Srovnání výkonu pro FDM a extrudované/lisované plasty (FDM: 55% výplň a 5 perimetrů)

Vložky instalované teplem/ultrazvukem poskytují nejvyšší pevnost v 3D tištěných termoplastech, zatímco lisované vložky slouží jako schůdná alternativa, zejména u termosetových materiálů, kde není instalace teplem proveditelná. Termosetové plasty ze své podstaty omezují možnosti využití lisovacích metod u vložek.

Hlavní zjištění ukazují, že výkon závitových vložek se zlepšuje při tisku FDM se zvyšující se hustotou výplně a počtem perimetrů, přičemž optimálních výsledků je dosaženo při tloušťce vrstvy 0,16–0,2 mm, výplni 50 % nebo více a počtu perimetrů, který je rovný nebo vyšší než jmenovitá metrická velikost vložky.

Výsledky ukazují, že při vysoké hustotě výplně a tloušťce stěny dosahují 3D tištěné komponenty FDM přibližně 70–80 % výkonu ekvivalentního lisovaného materiálu. Zatímco komponenty SLS vykazují vysokou teoretickou pevnost, jejich mikroporozita umožňuje dosáhnout přibližně 50–70 % výkonu ve srovnání s lisovanými plasty.

Kontaktujte společnost SPIROL, která vám pomůže s výběrem správné závitové vložky pro vaše 3D tištěné výrobky a prototypové návrhy. Vzhledem k rozmanitosti metod, materiálů a parametrů 3D tisku se výsledky mohou lišit, proto se doporučuje důkladné testování a vyhodnocení jednotlivých sestav.