Wkładki gwintowane do wtapiania w druku 3D: otwór, głębokość, temperatura

Ten artykuł w innych językach: Deutsch

Wkładka gwintowana do wtapiania to mosiężna tulejka z radełkowaniem na zewnątrz i gwintem metrycznym w środku. Gdy się ją nagrzeje, tworzywo wokół otworu mięknie, wpływa w podcięcia i po ostygnięciu mocno trzyma wkładkę.⁸ Dzięki temu wydruk dostaje trwały, metalowy gwint.⁹ Poniżej: jak z danych producentów wyznaczyć otwór, głębokość i temperaturę grota oraz kiedy wystarczy inna metoda.

Otwór: średnica, głębokość, ścianka

Wymiary zależą od wkładki, nie tylko od gwintu. Rysunek wymiarów CNC Kitchen, który producent drukarek Prusa pokazuje na swojej stronie produktu, i tabela TU Dresden dla wkładek ruthex podają te same średnice otworów i minimalne ścianki.²¹ Przemysłowa wkładka firmy Böllhoff do wtapiania wymaga dla M3 otworu 4,4 mm; producent nazywa swoje wymiary orientacyjnymi, zależnymi od materiału i do skorygowania po próbach montażu.⁸

Wszystkie wartości w mm, wkładki o długości standardowej; głębokość i ścianka minimalna z rysunku CNC Kitchen.² Wiki EPFL radzi dodać do minimalnej głębokości podanej przez producenta co najmniej 1 mm zapasu.¹⁰ Wkładki ruthex M2 i M2,5 są dłuższe (4,0 i 5,7 mm)⁶; TU Dresden podaje dla nich głębokość co najmniej 5,0 i 6,7 mm. M6 w tej tabeli nie ma; wkładek większych niż M4 tamtejszy warsztat poza częściami zamiennymi nie uważa za sensowne.¹ Kolumny SPIROL to nasze obliczenie według ogólnych reguł tego producenta dla części z tworzyw, nie specjalnie dla druku 3D: długość wkładki plus dwa skoki gwintu, średnica tulei dwa do trzech razy większa niż średnica wkładki.⁴ Do M3 daje to głębokość nie większą niż na rysunku, od M4 o 0,4 do 1,0 mm większą.

Średnice to wymiary nominalne gotowego otworu. Otwory drukowane wychodzą zwykle nieco mniejsze: w teście CNC Kitchen o ok. 0,25 mm, dlatego przy małych wkładkach dodaje się tam w CAD 0,2 do 0,3 mm. Dla M3 najlepszym kompromisem okazało się 4,2 mm w CAD: wkładkę dało się wstępnie włożyć w otwór, pod spodem nie powstał zadzior, a połączenie wytrzymało nadal ok. 90 % siły maksymalnej.¹¹

Otwór ma być prosty, nie stożkowy.³ SPIROL dopuszcza w otworach prostych zbieżność najwyżej 1°, a otwory stożkowe o kącie 8° tylko dla wkładek stożkowych.⁴ Co do fazki źródła się różnią: CNC Kitchen uważa ją zwykle za zbędną³, wiki EPFL zaleca 0,3 do 0,5 mm¹⁰, LulzBot fazkę jako miejsce na stopione tworzywo.⁵

Ścianka i wypełnienie: tworzywo musi wytrzymać

Wokół otworu potrzebna jest całkowicie wypełniona ścianka z pełnego materiału; warsztat TU Dresden radzi zaprojektować ją od razu w CAD.¹ Ile to daje, zmierzono w próbie wyrywania na tej samej uczelni (biotworzywo na bazie ligniny, otwór 8 mm): przy wypełnieniu 70 zamiast 30 % średnia siła wyrwania wzrosła z ok. 1,5 do 3,5 kN. Ścianka 2,4 zamiast 1,2 mm podniosła medianę z 1,0 do 1,5 kN, a 3,2 mm nic już nie dodało.¹² LulzBot zaleca co najmniej dwa obrysy i grubość ścianki będącą wielokrotnością szerokości ekstruzji.⁵

Otwór w części przykręcanej do wkładki musi być mniejszy niż wkładka. Inaczej to wkładka przenosi siłę zacisku śruby i może zostać wyrwana.¹⁴

Jaka temperatura grota dla PLA, PETG, ABS i ASA?

Wszystkie cytowane tu źródła wychodzą od temperatury druku Twojego filamentu. LulzBot zaleca ustawić lutownicę na temperaturę druku⁵, wiki EPFL tak samo, dla PETG na 230 °C.¹⁰ ruthex podaje 10 do 15 °C więcej⁶, CNC Kitchen 10 do 20 °C.³ Prusa na tej samej stronie produktu pisze raz o 10 °C, a raz o 10 do 20 °C więcej.²

Temperatury dyszy według kart Polymaker^13141516; zakres dla grota to nasze obliczenie z reguł producentów (od 0 do 20 °C więcej).⁵³ Licz od temperatury, z jaką faktycznie drukujesz: PLA drukowany w 210 °C daje 210 do 230 °C.

W badaniu ramion dronów z PLA drukowanego w 210 °C wkładki osadzano lutownicą nagrzaną do 230 °C.¹⁷ W próbie wyrywania na TU Dresden wkładkę nagrzano tylko do 165 °C, ale wciskano ją maszynowo siłą 0,5 kN.¹² Lutownica bez regulacji temperatury bywa nieco gorętsza niż zalecana wartość, co może prowadzić do rozkładu tworzywa.³ Ile ciepła zniesie gotowa część, zależy od tworzywa; temperatura zeszklenia wynosi dla PLA 61 °C, PETG 81 °C, ASA 98 °C i ABS 101 °C^13141615, więcej w porównaniu filamentów.

Wtapianie krok po kroku

1. Wydruk próbny: wydrukuj otwory o kilku średnicach z tego samego materiału i z tymi samymi ustawieniami. Jeśli wkładka wypycha pod sobą zadzior, otwór jest za mały; otwory poziome mogą u góry wyjść nieco mniejsze.³
2. Grot: załóż pasujący grot na zimno, dopiero potem ustaw temperaturę.¹⁰ Grot ma opierać się centralnie na wkładce i nie dotykać niczego innego.⁵
3. Ustawienie: wstaw wkładkę węższym końcem w dół do otworu.⁵¹⁰
4. Wtapianie: przyłóż lutownicę pionowo, odczekaj kilka sekund, potem dociskaj powoli i równomiernie.⁵¹⁰ Grotem wtop wkładkę tylko na ok. 90 % głębokości.³ Zbyt szybki docisk wypycha stopione tworzywo na wkładkę⁵; jeśli ścianka się wybrzusza, temperatura lub nacisk są za duże.¹⁰
5. Docisk na równo: resztę dociśnij płaskim metalowym narzędziem i przytrzymaj kilka sekund, aż tworzywo zastygnie; inaczej wkładka trochę się cofa.³¹⁰ SPIROL dopuszcza wystawanie najwyżej 0,13 mm.⁴
6. Studzenie: śrubę wkręcaj dopiero po ostygnięciu.⁹ Jeśli zacina się na końcu wkładki, otwór był prawdopodobnie za mały.³ Grot po wyłączeniu jeszcze przez kilka minut parzy.¹⁰

Według SPIROL ok. 75 % właściwości użytkowych wkładki zależy od jakości jej osadzenia.¹⁸ Małe wkładki (M2 do M3) da się wyjąć ściągaczem i lutownicą.³ W wydrukach z żywicy (SLA) wkładek nie da się wtopić; tam się je wkleja.³⁹

Wtapiać czy inaczej? Pięć metod w porównaniu

Jak duże mogą być różnice, pokazało badanie ze śrubami M4 w PLA+: liczyła się nie tylko metoda, ale też rodzaj wkładki i wypełnienie.⁷

Siła do zniszczenia połączenia, M4 w PLA+, według wypełnienia

wypełnienie 10 %wypełnienie 20 %wypełnienie 40 %

Wkładka prosta301 N370 N428 N

Wkładka dłuższa, z kołnierzem502 N701 N1 080 N

Nakrętka kwadratowa wsunięta z boku435 N594 N885 N

Nakrętka kwadratowa włożona w trakcie druku547 N779 N957 N

Badacze z Uniwersytetu Bielsko-Bialskiego sprawdzili gwinty M8 w częściach z PA12 spiekanych laserowo (SLS): gwint drukowany wytrzymał średnio 3,41 kN, wkładka do wtapiania 3,83 kN (+12 %), a wkładka gwintowa z drutu 4,78 kN (+40 %).²⁰ Takie wyniki dotyczą badanych części; próby na własnym elemencie nie zastąpią.

Sześć sposobów na gwint w wydruku w skrócie i wymiary TU Dresden dla krótkich wkładek znajdziesz na naszej stronie Druk 3D, a pojęcie w słowniczku.

Momentów dokręcania celowo nie podajemy. To, jak mocno można dokręcić śrubę, zależy od wkładki, tworzywa i ustawień druku; zbyt mocne dokręcanie odkształca tworzywo wokół wkładki.¹⁰ Wiążące są dane producenta i próba na własnej części.

Najczęstsze pytania

Jaki otwór pod wkładkę do wtapiania M3?

Dla popularnych wkładek do druku 3D M3 producenci podają średnicę 4,0 mm, a przy długości wkładki 5,7 mm głębokość co najmniej 6,7 mm; wiążąca jest karta danych Twojej wkładki. To wymiar gotowego otworu: otwory drukowane wychodzą zwykle mniejsze, dlatego CNC Kitchen dodaje w CAD 0,2 do 0,3 mm. Wydruk próbny pokaże, czy otwór pasuje.

Jaką temperaturę grota ustawić do wtapiania wkładek w PLA?

Producenci wychodzą od temperatury druku i dodają od 0 do 20 °C. CNC Kitchen podaje dla PLA ok. 225 °C, dla PETG 245 °C i dla ABS 265 °C.

Jak głęboki ma być otwór pod wkładkę gwintowaną?

Otwór nieprzelotowy powinien być o około 1 mm głębszy, niż wynosi długość wkładki. SPIROL liczy długość wkładki plus dwa skoki gwintu; od M4 daje to nieco większą głębokość.

Czy wkładka do wtapiania trzyma lepiej niż nakrętka w gnieździe?

To zależy od wkładki i wypełnienia. W badaniu na PLA+ przy wypełnieniu 40 % najwięcej wytrzymała dłuższa wkładka z kołnierzem, a przy 10 i 20 % nakrętka kwadratowa włożona w trakcie druku. Krótka prosta wkładka przy każdym wypełnieniu wytrzymała najmniej.