如何对3D打印部件进行螺纹加工

今天，本文将和大家一起学习了解3D打印里如何在塑料和金属件上添加螺纹。

一、在塑料打印部件上添加螺纹

英国3D打印服务公司3D People表示，热固性嵌件的金属线比塑料线更耐用（来源：3D People）

在本文中，我们将介绍专业和工业应用的选项。

第一种选择是打印没有螺纹的部件，然后再攻丝。攻丝是使用类似于钻头的“丝锥”或“螺纹铣刀”在螺钉或螺栓的孔内创建螺纹的过程。它本质上是在推进过程中将精确的螺纹设计刻在孔内。对于需要拧在一起一次并保持原样的部件，这是一种选择。不断插入和移除螺钉可能会磨损螺纹。

如果您现有的CAD模型包含螺纹，请移除它们，并将孔的尺寸设为略小于与要切割的螺纹对应的丝锥钻头尺寸。您可以在网上或应用程序中找到用于加工的标准丝锥和钻头尺寸图表，它们也适用于3D打印部件。为了获得最佳效果，请在使用手动丝锥之前先扩孔。

自攻螺钉，也称为螺纹成型螺钉，无需对部件进行任何准备工作即可插入负特征中。请遵循制造商的孔尺寸指南。对于由具有一定弹性的聚合物（如尼龙）制成的3D打印部件，这些螺钉是一个不错的选择。

如果您需要更坚固的螺纹，黄铜或钢制嵌件是您的最佳选择。这些嵌件有多种款式。

热固性嵌件（也称为热熔嵌件）使用烙铁安装，烙铁加热嵌件及其周围的塑料。将嵌件压入软化的塑料中，直到与周围表面齐平。

对于立体光刻(SLA)或任何类型的树脂打印，最佳选择是螺旋膨胀插入件，因为这些树脂材料会受到高温的影响。

Markforged 3D打印的连续碳纤维尼龙部件上使用的螺钉膨胀嵌件（来源：Markforged）

将所有插入内容上传到打印机时都应从文件中删除，以免它们意外地与零件合并。

攻丝螺纹和热定型螺纹设计考虑的一个关键因素是能否进入孔内。如果孔内有其他阻碍螺纹工具进入的特征，则无法进行螺纹加工或安装嵌件。

说到嵌件，还有几件事需要考虑。给定嵌件的直径始终大于螺纹的直径。您要确保孔周围有足够的空间，以便嵌件不会突破周围的壁。

对于SLS和MJF，请考虑接收插件的孔周围的几何形状。通常，插件不会完全笔直地压入，因此在将其压入部件后，可以使用烙铁来调整对齐。由于热量和操作以确保它们正确对齐，您需要在插件和相邻特征之间留出足够的空间，以便在过程中不会意外熔化任何东西。

理想情况下，如果插件四周都有特征，则应在其周围留出0.25英寸（6.35毫米）的空间。但是，如果插件靠近墙壁，但附近没有其他特征，则墙壁可以更近一些，因为其他所有方向都有足够的空间来安装插件，而不会损坏墙壁。

如果您在魔猴网3D打印零件，请告知制造商您想要螺纹孔或插件，但不要将它们包含在模型中。相反，请附上正式图纸、快速标记或屏幕截图。标明螺纹尺寸和位置。

另一种选择是设计您的零件以适应标准钢螺母。为此，您可以直接打印螺母支架或相应螺母的凹槽。

美国3D打印服务公司DI Labs使用Multi Jet Fusion技术打印了这些阀体，这些阀体带有需要防水配合的细螺纹（来源：DI Labs）

直接3D打印螺纹

现在让我们来谈谈打印螺纹，它将消除攻丝和插入的额外步骤和劳动，并且可以成为只需一次或很少（不重复）用螺钉组装的零件的理想选择。

如果要在零件中打印螺纹，螺纹越大越好。

至于打印后能起作用的最小线，这将根据您使用的特定机器和机器设置而有所不同。最好的方法是考虑应用程序的要求，并以此为指导创建线的方法。

您还需要确保所使用的螺纹能够成功构建，并且螺纹齿之间不会出现支撑，因为无法完全移除的螺纹齿之间的支撑会影响螺纹的功能。即使构建的方向使得螺纹垂直打印，也不一定能保证螺纹无需支撑即可打印。

确保检查所选材料和技术的最小特征尺寸。任何低于此最小尺寸的螺纹锥度区域都不会形成。如果您考虑最小特征尺寸，则螺纹很有可能按预期工作。

无论如何，在设计和打印螺纹孔时，一定要考虑后处理。例如，您应该预期多少翘曲或收缩？您的孔内是否有支撑结构，移除支撑结构会如何影响尺寸或螺纹边缘？

二、在金属打印部件上添加螺纹

金属3D打印当然可以实现精细的细节和严格的公差，但螺纹往往是一个独特的问题（来源：奥卢大学）

与塑料部件一样，攻丝是一种选择，但金属部件上的功能性螺纹的另一种选择是打印螺纹，然后手工雕刻。这称为“雕刻螺纹”，即通过现有螺纹运行丝锥以清理（清除）任何多余材料。这也适用于其他材料，但不太常见。

金属粉末床熔合技术，例如LPBF（也称为SLM和DMLS）和电子束熔化(EBM)，表面粗糙，类似于铸件，这可能会妨碍螺纹正常工作。使用丝锥，您可以更好地定义并确保螺纹的尺寸精度或与配合部件的兼容性。

您还需要检查材料的最小特征尺寸和您计划使用的分辨率，以便有足够的螺纹形式来实现追逐。

另一种选择是攻丝以安装Heli-Coil嵌件（也适用于聚合物）。这些是用盘绕的线材制成的螺纹嵌件，用于修复或加固金属或其他材料中的螺纹孔。它们提供坚固、耐磨的内部螺纹，通常超过原材料的强度，因此非常适合3D打印部件。它们通常用于金属部件、塑料、木材或复合材料，其中原始螺纹已被剥离、损坏或需要加固。

如果您将数字文件提交给3D打印服务，并且希望他们在构建后为您的零件添加螺纹，请务必让他们知道哪些孔需要螺纹。

支撑去除困难往往是金属3D打印螺纹变得不实用的原因（来源：三菱电机）

直接3D打印螺纹

根据我们的经验，由于材料损失和粗糙的表面处理，打印出来的螺纹很少能发挥作用。即使打印出来的螺纹在技术上能发挥作用，它们也可能不符合项目的公差要求。

最终，决定如何为零件添加螺纹的最佳方法是从螺纹需求开始。螺纹是一次性组装还是会像夹具上的螺纹一样反复使用？螺纹承受多大的负载？配合需要有多精确？螺纹解决方案需要有多大的可扩展性——它可能适用于一个零件，但对于200个零件来说仍然实用吗？每种添加螺纹的方法在配合度和机械性能方面都有优缺点，但在成本和所需设备方面也有优缺点。虽然没有一刀切的建议，但有很多可用的选项，因此您可以选择最适合您项目的选项。

编译整理：3dnatives