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Markforged社ブログより:ヒートセットインサートの使用


ネジ部品、穴、およびボルト接続は、毎日作業するさまざまなエンジニアリング部品に不可欠です。そのため、3D印刷部品に効果的なネジを追加できることが重要です。3D印刷されたプラスチック製のネジ山は、過負荷になりやすく、剥がれやすいのに対し、金属製のネジ山はより強く、耐摩耗性があり、時間の経過とともにより良い接続を提供します。金属製ねじ込みインサートは、プラスチック部品の確実な固定方法を提供します。ねじ込みインサートは通常真鍮製で、その中には予め形成されたねじ山があります。それらは、より大きな部分のバルク材料と相互作用するように設計されたローレット外面の特徴により、引抜きおよびトルクアウト負荷に耐えます。使用している材料や用途に応じて、ねじ込みインサートにはいくつかの種類があります。3D印刷には、ヒートセットインサートをお勧めします。

ヒートセットインサートは、取り付け中に熱可塑性樹脂が溶融してインサートの周囲をリフローするため、3Dプリントの熱可塑性樹脂に最適です。これはインサートを囲むプラスチックを局所的により強くし、そして金属インサートと熱可塑性樹脂との間の確実な結合を確立します。これにより、他のタイプのインサートと比較して、結果として得られるねじの引き抜きおよびトルク出しの定格がはるかに強くなります。


ヒートセットインサートの設計と取り付け
小規模用途向けのヒートセットねじ込みインサートの設計と取り付けには、数個の安価な工具しか必要ありません。インサートには、取り付けに特定のサイズのテーパーキャビティが必要なので、インサートベンダーから推奨されるキャビティ寸法を見つける必要があります。取り付け中、インサートは下降するときに周囲の部品からプラスチックを溶かして移動させるので、テーパーは溶融プラスチックがインサートのローレット面を完全に包むことを可能にします。ヒートセットインサートを設計して取り付けるには、以下の手順に従ってください。


必要なもの

・ねじ込みインサートに適した穴のある3Dプリント部品
・望ましいねじ込みインサート
・はんだごて
・はんだごて用のねじ込み式インサート取り付けチップ(任意)

1.ボルトサイズと対応するヒートセットインサートを選択してください

設計プロセス中に一部を固定するために使用するハードウェアを選択してください。インサートのサイズは、それを囲む材料の厚さによって部分的に決まります。インサートの上下に2 mm(0.078インチ)未満の材料がある場合は、もっと小さいサイズに落とすことを検討してください。それが部品に合うことを確認するためにインサートキャビティサイズのインサートベンダーの推奨をチェックしてください。この例では、以下のキャビティ仕様のM3インサートを使用します。

穴の深さ(D):3.8 mm
大径(A):5.31 mm
小径(B):5.1 mm

2.穴の始点をスケッチします。

スケッチツールまたはCADツールを使用して、穴の開始位置を特定します。

3.穴ツールを使用してザグリ穴を作成します

穴ツール(またはCADプログラムによっては同様のもの)を使用して、推奨される穴の深さとインサートのテーパーの外径(A)で、指定されたポイントにザグリ穴を作成します。ネジの隙間を確保するための逃げ穴が必要な場合は、穴自体をザグリの底を越えて延ばすことができます。ここでザグリの直径は5.31 mm、深さは3.8 mmです。

4.内径の端を面取りします

ザグリ穴の高さをザグリ穴まで上がる距離として、ザグリ穴の下部外側端に距離-距離の面取りを適用します。もう一方のテーパー径として「B」を達成する値、これは私たちのニーズの(A-B/2)に相当します。キャビティの寸法がどのような形式で提供されているかに応じて、この操作の実行方法を変更する必要があります。

5.部品を印刷する

デザインが完成したら印刷しましょう。

6.はんだごてを加熱する
はんだごてを差し込んで電源を入れ、温度が上がるのを待ちます。アイロンの適切な動作温度は650~750 F(343~399 ℃)です。

7.はんだごてで各インサートを押し込みます。
各インサートを穴の上に置き、まっすぐ中心が合っていることを確認し、アイロンの先端をインサートの中心に合わせ、インサートが加熱されている間にわずかな圧力をかけます。インサートがプラスチック溶融温度を超えると、インサートは部品内に下降し始めます。インサートを斜めにではなくまっすぐに穴に押し込むように注意してください。より大きなインサートはそれらが部品の中に沈む前に加熱するのがより長い時間がかかるかもしれません。ザグリに突き当たるまでインサートの上にアイロンを置き、そして、アイロンを取り出す前に、インサートが部品の上部とぴったり重なっていることを確認してください。
注:通常のはんだごての先端を使用している場合は、先端ではなく先端の側面でインサートを押し込みます。

8.部品を冷まします。

インサートのすべてが部品に埋め込まれた後、プラスチックが硬化する時間ができるように、使用前に数分間それらを冷却させてください。 正しく装着されていない場合は、この時間を使用してアイロンでインサートを調整することもできます。


ねじ込み接続をさらに強くする
ネジ付きインサートは、ローレット外面が局所的に溶融してリフローしたプラスチックと噛み合うため、インサートが部品の上面に埋め込まれた状態でかなり強力です。ただし、接続にさらに強度が必要な場合もあります。ジョイントにかかる極端な負荷に抵抗するには、次のテクニックを使用できます。

部品の表面にインサートをボルトで固定するものと同じ高さに置くのではなく、代わりにそれらを部品の反対側に置きます。インサートが装着されると、接続強度が大幅に向上します。インサートのテーパはザグリのテーパと噛み合い、ボルトにかかる力を分散させるからです。この挙動は、キャビティの周囲に連続繊維強化材を追加することによって非常に改善され、それによって、キャビティ壁が荷重下で変形するのを防止します。