Печать резьб на FDM 3D-принтере: Руководство по созданию функциональных соединений

Введение

Резьба — это спиральная канавка на цилиндрической или конической поверхности, предназначенная для соединения деталей.

В 3D-печати резьбы используются для создания разъемных соединений, позволяющих собирать и разбирать изделия без использования дополнительных крепежных элементов. Читайте далее в этой статье все, что нужно знать о том, как получить хорошую пластиковую резьбу.

Печать резьб на FDM 3D-принтере имеет ряд преимуществ:

1. Индивидуализация: Возможность создания резьб нестандартных размеров и форм для конкретных задач.
2. Прототипирование: Быстрое изготовление прототипов деталей с резьбовыми соединениями для проверки их функциональности.
3. Сложные формы: Печать резьб на деталях сложной формы, которые трудно изготовить традиционными методами.

Однако печать резьб на FDM также сопряжена с рядом проблем и вызовов:

1. Точность: FDM-печать может не обеспечивать достаточную точность для резьбовых соединений с жесткими допусками.
2. Прочность: Напечатанные резьбы могут быть менее прочными, чем резьбы, изготовленные традиционными методами (нарезание, формовка).
3. Качество поверхности: Поверхность напечатанных резьб может быть шероховатой, что затрудняет их соединение.

FDM 3D-принтеры позволяют печатать различные типы резьб, включая Метрические резьбы, (ISO)Дюймовые резьбы, (UNC/UNF) Трапецеидальные резьбы (Tr) и другие специальные профили.

Основы проектирования резьбы для FDM-печати

При проектировании резьбы для FDM-печати необходимо учитывать ряд важных параметров:

1. Диаметр: Внешний, внутренний, средний диаметры резьбы.
2. Шаг: Расстояние между соседними витками резьбы.
3. Направление: Правая или левая резьба.
4. Профиль: Форма поперечного сечения резьбы (метрическая, дюймовая, трапецеидальная и др.).
5. Допуски и зазоры: Разница в размерах между сопрягаемыми резьбами, определяющая легкость сборки и прочность соединения.

Особенности проектирования для FDM:

Увеличение зазоров: FDM-печать имеет меньшую точность, чем традиционные методы, поэтому при проектировании резьб необходимо увеличивать зазоры между сопрягаемыми деталями. Рекомендуемые значения: 0.2 — 0.4 мм на радиус.

Начало/конец резьбы: Для облегчения сборки и предотвращения повреждения резьбы рекомендуется делать скругления, фаски или заходные участки на начале и конце резьбы.

Минимальный диаметр резьбы: FDM-печать имеет ограничения по минимальному диаметру резьбы, который можно напечатать. Это связано с размером сопла и разрешением принтера.

Внешняя (болт) и внутренняя (гайка) резьба: При проектировании внешней и внутренней резьбы необходимо учитывать их взаимное расположение и обеспечивать достаточное пространство для их соединения.

Количество стенок (периметров): Для обеспечения достаточной прочности резьбы рекомендуется использовать не менее 2-3 периметров при печати.

Инструменты для проектирования:

CAD-программы: Для проектирования резьб можно использовать различные CAD-программы, такие как Fusion 360, SolidWorks, FreeCAD, Onshape и др.

Готовые модели резьб: В интернете можно найти множество готовых моделей резьб, которые можно использовать в своих проектах (Thingiverse, GrabCAD и др.)

Подготовка к печати: Настройки слайсера для резьб

Правильные настройки слайсера играют решающую роль в успешной печати резьб на FDM 3D-принтере. Вот основные параметры, которые необходимо учитывать:

Основные настройки, влияющие на резьбу:

1. Толщина слоя: Меньшая толщина слоя обеспечивает более гладкую поверхность и более высокую точность резьбы. Рекомендуемые значения: 1 — 0.2 мм.
2. Ширина линии: Важно подобрать ширину слоя так, чтобы не противоречить ограничениям сопла и в то же время чтобы каждый новый слой не выходил за пределы предыдущего больше, чем на половину ширины. Может потребоваться корректировка высоты слоя и геометрии модели.
3. Скорость печати: Снижение скорости печати улучшает качество поверхности и адгезию слоев, что особенно важно для резьб.
4. Температура печати: Оптимальная температура обеспечивает хорошую адгезию слоев и предотвращает деформацию резьбы.
5. Обдув детали: Обдув помогает быстро охладить и затвердеть витки резьбы, предотвращая их провисание и деформацию, однако, следует помнить, что не все материалы хорошо переносят обдув.

Дополнительные настройки:

Ретракт: Правильная настройка ретракта минимизирует образование «соплей» и наплывов, которые могут испортить качество резьбы.

Количество внешних периметров: Увеличение количества периметров повышает прочность резьбы.

Заполнение: Плотность заполнения влияет на общую прочность детали с резьбой.

Опережение по давлению (Pressure Advance/ Linear Advance): Эта настройка помогает уменьшить наплывы и неровности на резьбе, особенно на углах.

Процесс печати: Советы и хитрости

Калибровка принтера:

1. E-steps: Точная настройка шагов экструдера обеспечивает правильную подачу пластика, что критически важно для размеров резьбы.
2. Flow Rate: Правильная настройка потока предотвращает недо- или переэкструзию, которые могут привести к дефектам резьбы.
3. PID-регулятор: Стабильная температура экструдера обеспечивает равномерное формирование витков резьбы.
4. Первый слой: Идеальная адгезия первого слоя предотвращает отклеивание детали от стола и обеспечивает правильное формирование основания резьбы.

Контроль окружения:

1. Температура окружающей среды: Избегайте резких перепадов температуры и сквозняков, которые могут привести к деформации детали.
2. Адгезия к столу: Обеспечьте хорошую адгезию первого слоя, используя чистый стол и подходящие средства (клей, лак, PEI-покрытие).

Постобработка и тестирование

Удаление поддержек: Если при печати использовались поддержки, их необходимо аккуратно удалить, не повредив резьбу.

Очистка резьбы: После печати на резьбе могут остаться нити и наплывы, которые необходимо удалить с помощью скальпеля или надфилей.

Нарезка резьбы метчиком/плашкой (опционально): Для повышения точности и гладкости резьбы можно использовать метчик или плашку.

Тестирование и подгонка: После печати необходимо проверить соединение резьбы и при необходимости подогнать размеры.

Типичные проблемы и их причины

Резьба не закручивается / слишком тугая:

1. Недостаточный зазор.
2. Переэкструзия.
3. Неправильная калибровка принтера.
4. «Слоновая нога» на первом слое.

Резьба слишком слабая / люфтит:

1. Слишком большой зазор.
2. Недоэкструзия.
3. Недостаточное количество периметров.

Плохое качество поверхности резьбы:

1. Слишком высокая скорость печати.
2. Недостаточный обдув.
3. Проблемы с ретракцией.
4. Неправильная температура печати.

Трещины / расслоения:

1. Недостаточная температура печати.
2. Недостаточное количество периметров.
3. Проблемы с адгезией слоев.

Заключение

Печать резьб на FDM 3D-принтере — сложная, но выполнимая задача. Следуя рекомендациям, приведенным в этой статье, вы сможете создавать функциональные и прочные резьбовые соединения для различных применений.

Постоянная практика и эксперименты с настройками принтера и слайсера помогут вам достичь высокого качества печати резьб.