3D プリントによるネジ接続のアプリケーション要件
ネジ接続は、機械アセンブリで最も一般的に使用される接続方法の 1 つです。 3D プリントされたパーツを他のパーツと組み立てるには、ネジ接続も必要です。印刷糸の課題は、材料の機械的特性と製造精度にあります。ほとんどの 3D プリント材料の強度と硬度は金属よりも低く、ねじ山プロファイルは磨耗や損傷を起こしやすいです。印刷精度により、ねじの最小サイズと精度レベルが制限されます。アプリケーションシナリオの負荷サイズ、分解頻度、信頼性要件に応じて、適切なねじ設計を選択する必要があります。
ネジのダイレクトプリントの設計ポイント
ネジのダイレクトプリントとは、モデリング時にネジの形状を設計し、部品と一体的にプリントすることです。加飾部品や軽負荷コネクタなど、低負荷で分解頻度の少ない用途に適した工法です。設計時には、ねじのサイズを考慮する必要があります。ピッチは1mm以上、ねじ深さは0.5mm以上を推奨します。ねじ山が小さすぎると、印刷精度を保証することが困難になります。ねじ方向については、より良い歯形精度を得るために、ねじ軸が印刷方向に対して直角になるようにしてください。ねじ込みに影響を与える第 1 層の変形を避けるために、ねじ山の始点と歯形の始点は面取りする必要があります。はめあいのクリアランスを確保するには、印刷されたねじの公差ゾーンが金属ねじの公差ゾーンよりも広くなければなりません。はめあいクリアランスを0.1～0.2mm増やすことを推奨します。
セルフタッピングねじ穴の設計仕様
セルフタッピングねじは、印刷された光学穴に直接セルフタッピングねじをねじ込み、ねじプロファイルが穴の壁にねじ山を形成するようにします。この方法は、中荷重および中程度の分解頻度の用途に適しており、高い組立効率を備えています。設計のポイントは次のとおりです。穴径の設計。ネジが材料に食い込んで接続を形成できるように、穴の直径はネジの公称直径より 0.3 ～ 0.5 mm 小さくする必要があります。穴の深さ、ネジの底付きを防ぐために、穴の深さはネジのネジの長さより2〜3 mm大きくする必要があります。十分な耐荷重面積を確保するには、穴の壁の厚さと穴の周囲の材料の厚さがネジの直径以上である必要があります。材料の選択: セルフタッピングには柔らかい材料 (PLA、ABS など) が適していますが、硬くて脆い材料 (樹脂、カーボンファイバー材料など) は割れやすいです。
インサート ナットの応用上の利点
インサート ナットは、印刷された部品に金属ナットを埋め込み、高強度のねじ接続を形成します。この方式は高負荷、分解頻度の高い用途に適しており、最も信頼性が高い方式です。インサート方法には、ホットメルト ツールを使用してインサートを予備の穴に押し込むホットメルト インサートがあり、PLA、ABS、ナイロン、その他の材料の FDM 印刷に適しています。超音波インサートは、超音波振動を利用してインサートを押し込むもので、エンジニアリングプラスチックに適しています。インサートを構造用接着剤で穴に固定する接着インサートは、あらゆる材質に適しています。挿入穴は設計時に予約する必要があります。穴径はインサート外径より0.1～0.2mm大きくなります。インサートの深さは荷重に応じて決定され、通常はインサートの高さの 1 ～ 1.5 倍です。
ねじ接続の信頼性テスト
信頼性テストは、ねじ接続の設計が完了した後に必要です。まずはねじ込みテストで、ねじ山がスムーズにねじ込めるか、詰まりや滑りがないかを確認します。 2 番目のステップは引抜力テストで、ねじ接続の軸方向の耐荷重能力を測定します。セルフタッピングねじの引き抜き力は、材料のせん断強度の 50% 以上である必要があります。 3つ目は分解テストで、ネジの抜き差しを繰り返し（通常10～20回）行い、ネジ山の損傷や緩みがないかを確認します。 4つ目は振動試験で、作業環境の振動を模擬し、接続が緩んでいないかを確認します。テスト結果に基づいて、最適なねじ設計を選択します。