1. ความท้าทายและการเลือกแนวทางของการเชื่อมต่อเกลียวแบบพิมพ์ 3 มิติ
ความแข็งแรงต่ำ โมดูลัสต่ำ และลักษณะการคืบสูงของวัสดุพลาสติก ทำให้การเชื่อมต่อเกลียวเผชิญปัญหา เช่น ความสามารถในการรับน้ำหนักต่ำ การสูญเสียแรงพรีโหลด และความล้มเหลวเมื่อถอดประกอบซ้ำ ๆ โซลูชันหลักทั้งสามแบบมีข้อดีข้อเสียต่างกัน: เกลียวต๊าปตัวเองมีต้นทุนต่ำ ติดตั้งสะดวก แต่ความแข็งแรงต่ำและอายุการถอดประกอบสั้น; เกลียวแทรกมีความแข็งแรงสูง ถอดประกอบซ้ำได้ แต่ต้องมีขั้นตอนหลังการผลิต; เกลียวที่ขึ้นรูปด้วยการพิมพ์ 3 มิติเป็นการผลิตแบบบูรณาการ แต่มีความแม่นยำต่ำและผิวหยาบ การเลือกวิธีควรพิจารณาจากข้อกำหนดด้านความสามารถในการรับน้ำหนัก จำนวนครั้งในการถอดประกอบ และข้อจำกัดด้านต้นทุน
2. วิธีการออกแบบรูเกลียวต๊าปตัวเอง
เกลียวต๊าปตัวเองเป็นวิธีการเชื่อมต่อที่อาศัยสกรูขันเข้าไปแล้วตัดหรืออัดวัสดุพลาสติกให้เกิดเกลียวขึ้น ข้อควรออกแบบหลัก ๆ ได้แก่: เส้นผ่านศูนย์กลางรูนำ (80-90% ของเส้นผ่านศูนย์กลางนามของสกรูต๊าปตัวเอง), ความลึกรู (1.5-2 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางเกลียว เพื่อให้มีการขบเกี่ยวที่มีประสิทธิผลอย่างน้อย 3-5 เกลียว), รูนำ (ออกแบบบ่าปาดเอียง 45 องศาที่ปากรู เพื่อช่วยนำสกรูเข้า) การเลือกวัสดุ: วัสดุเหนียวอย่าง ABS, ไนลอน, PETG เหมาะกับเกลียวต๊าปตัวเอง ส่วนวัสดุเปราะมีแนวโน้มแตกร้าวได้ง่าย ข้อมูลความแข็งแรง: แรงบิดทำลายของเกลียวต๊าปตัวเอง M3 ในวัสดุ ABS อยู่ที่ประมาณ 1.5-2 Nm และในวัสดุไนลอนอยู่ที่ประมาณ 2-3 Nm อายุการถอดประกอบซ้ำ: วัสดุ ABS ประมาณ 3-5 ครั้ง และวัสดุไนลอนประมาณ 5-10 ครั้ง
3. กระบวนการติดตั้งเกลียวแทรก
เกลียวแทรกคือวิธีการเชื่อมต่อที่ฝังอินเสิร์ตเกลียวโลหะลงในชิ้นส่วนพลาสติก แบ่งเป็น 3 กระบวนการ ได้แก่ อินเสิร์ตแบบหลอมร้อน อินเสิร์ตแบบอัลตราโซนิก และอินเสิร์ตแบบติดกาว อินเสิร์ตแบบหลอมร้อน: ให้ความร้อนอินเสิร์ตโลหะจนถึงอุณหภูมิที่ทำให้พลาสติกอ่อนตัว (150-200 องศาเซลเซียส) แล้วกดลงในรูที่เตรียมไว้ จากนั้นปล่อยให้เย็นลง พลาสติกจะหดตัวห่อหุ้มอินเสิร์ตไว้ ข้อควรออกแบบ: เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของอินเสิร์ตเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางรูนำบวก 0.1-0.3 มม. ความลึกของอินเสิร์ตเท่ากับความยาวอินเสิร์ตบวก 0.5 มม. และความหนาผนังรอบอินเสิร์ตต้องมากกว่าหรือเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของอินเสิร์ต ข้อมูลความแข็งแรง: แรงบิดทำลายของอินเสิร์ตแบบหลอมร้อน M3 ในวัสดุ ABS สามารถสูงถึง 5-8 Nm ซึ่งเป็น 3-4 เท่าของเกลียวต๊าปตัวเอง
4. การออกแบบเกลียวขึ้นรูปด้วยการพิมพ์ 3 มิติ
การพิมพ์ 3 มิติให้เกิดเกลียวโดยตรงเหมาะกับการเชื่อมต่อที่ไม่ต้องการความละเอียดสูง เช่น ฝาขวด ข้อต่อแบบเร็ว เป็นต้น ข้อควรออกแบบ: การเลือกชนิดเกลียว (เกลียวทราเปโซอิดดีกว่าเกลียวสามเหลี่ยม เพราะรับน้ำหนักได้สูงกว่าและไม่บิ่นง่าย), การออกแบบพิทช์เกลียว (ต้องมากกว่าหรือเท่ากับ 2 เท่าของความสูงชั้นพิมพ์ เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบจากรอยต่อระหว่างชั้นต่อความแข็งแรงของเกลียว), ช่องว่างการประกบของเกลียว (ลดเส้นผ่านศูนย์กลางวงกลมพิทช์ของเกลียวนอกลง 0.2-0.3 มม. และเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางวงกลมพิทช์ของเกลียวในขึ้น 0.2-0.3 มม.) การทำหลังพิมพ์: หลังพิมพ์เสร็จให้ใช้ต๊าปหรือดายแต่งผิวเกลียว เพื่อเพิ่มความแม่นยำในการประกบและคุณภาพผิว
5. การออกแบบป้องกันการคลายตัวและการควบคุมแรงพรีโหลด
การออกแบบป้องกันการคลายตัวของการเชื่อมต่อเกลียวพลาสติกมีความสำคัญเป็นพิเศษ เนื่องจากลักษณะการคืบของวัสดุจะทำให้แรงพรีโหลดลดลง แนวทางป้องกันการคลายตัว: แหวนสปริง (ให้แรงยืดหยุ่นต่อเนื่อง ชดเชยการสูญเสียแรงพรีโหลดได้ประมาณ 30%), น็อตล็อก (โครงสร้างวงแหวนไนลอนหรืออินเสิร์ตโลหะ ให้ความน่าเชื่อถือในการป้องกันการคลาย), กาวล็อกเกลียว (เมื่อกาวแบบไม่ใช้ออกซิเจนแข็งตัวแล้วจะให้การล็อกเชิงเคมี การถอดประกอบต้องใช้ความร้อน) การควบคุมแรงพรีโหลด: แรงพรีโหลดของเกลียวพลาสติกควรอยู่ที่ 50-70% ของค่าความแข็งแรงครากของวัสดุ
ส่งโมเดล แบบแปลน รูปภาพ หรือบันทึกเป็นลายลักษณ์อักษร วิศวกรจะตรวจสอบวัสดุ กระบวนการ การตกแต่ง และการส่งมอบตามการใช้งานจริง