3D プリント スレッドをマスターする:包括的な初心者ガイド

ねじとねじ山は、複数の複雑なアセンブリを簡単に結合できるため、世界で最も人気のある留め具の 1 つです。 3D プリント部品の場合、ねじ山は既製のねじや留め具の使用を可能にする重要な要素です。ただし、3D プリント スレッドを使用してデザインに組み込むことは、適切なプロセスがなければ困難になる可能性があります。

この記事では、3D プリント スレッドの基本を概説し、複雑さを追加することなく一貫した結果を提供するベスト プラクティスについて説明します。  

スレッドに 3D プリントを使用する利点

3D プリント糸の詳細に進む前に、業界がなぜ糸の使用を好むのかを理解することが重要です。

複雑なデザインを許可

まず、3D プリント スレッドでは、テクノロジーに制限がほとんどないため、最も複雑なデザインでも作成できます。同様に、機械加工や鋳造などの他の方法でも、複雑で統合された形状を作成する際に、いくつかの問題、内部の物質的な欠陥、その他の品質上の問題が発生します。

ただし、3D プリンターはパーツをレイヤー内に直接構築するため、柔軟性とパフォーマンスが向上します。さらに、3D プリントされたネジ山は、他の製造方法のように必ずしも表面にある必要はありません。スレッドは、他の方法を使用してスレッドを追加するのが非常に難しい中央または他の領域に隠れている可能性があります。

滑らかな仕上がり

前述の利点に加えて、3D プリント スレッドのもう 1 つの利点は表面仕上げです。さらに、これらの表面は非常に滑らかで、後処理はほとんど必要ありません。さらに、鋳造や機械加工などの他のプロセスでは、研削、旋削、その他の操作を通じて部品を準備するために多量のリソースが必要です。ただし、積層造形の場合はプロセスが異なります。部品が完成すると、それ以上の後処理は必要ありません。

高精度に印刷されたスレッド

さらに、3D プリンターを使用するもう 1 つの利点は、精度、一貫性、および高い許容誤差です。アプリケーションによっては、感度の高さからこれらすべてを要求する場合があり、3D プリントを使用することが唯一の実行可能な答えと思われます。

費用対効果の高いオプション

3D プリントされたネジ山やその他の部品を使用することのもう 1 つの利点は、小規模セットアップの費用対効果が高いことです。さらに、プロトタイピングに 3D プリントを使用することは、あらゆる設計プロジェクトの最も重要な段階の 1 つであり、従来の機械加工やその他の方法を使用すると、多くの時間とリソースを消費する可能性があります。代わりに 3D プリントを使用すると、時間と大幅なリソースの両方を節約できるため、複数回の反復が容易になり、デザインを最適化してプロジェクトの全体的なパフォーマンスを向上させることができます。

3D プリント スレッドの設計用語

3D プリント設計に内ねじと外ねじを組み込む前に、この分野に関わる人なら知っておくべき、最も一般的な設計用語について話し合うことが重要です。

用語説明外部スレッドまたは内部スレッドこれらのスレッドの唯一の違いは、その位置です。雌ねじは表面内に残り、見えなくなります。ただし、おねじは表面に残ります。ボルトとナットは、ボルトのねじ山が外ねじであり、ナットのねじ山が雌ねじである完璧な例です。ピッチとは、ねじ上の隣接する 2 つの点の間の距離を指します。長径ねじの全体の直径は、ねじの最も遠い端からねじの中心までの直径です。短径ねじ山の寸法を考慮しないねじの直径。また、谷径とも呼ばれます。 ねじ軸 ねじの円筒の中心を通る仮想線です。 根元 ねじの内側の溝がねじ面の周りを走っています。 山 中心から最も離れたねじの最高点。 頭部 ねじを回転させるために使用されるねじの最上部の露出領域を指します。 形状 ねじ山全体の形状です。三角形または六角形のプロファイルは、最も一般的なプロファイルの一部です。  テーパー一部の糸は直線状に留まらず、隣接する山が互いに平行になります。代わりに、よりしっかりしたグリップとシールを提供するのに役立つ先細のねじ山が付いています。並目ねじ山と細目ねじ山これは、ねじ山の長さを指します。糸が細いほど、単位距離あたりの糸の数が多くなります。同様に、並目ねじはその逆で、距離ごとのねじの数が少なくなります。メートルねじメートルねじの距離は SI 単位でマッピングされます。インチねじこれらのねじの距離はインチ単位のアメリカ単位です。

3D プリント スレッドの設計ガイド

3D プリント設計にネジ山設計を組み込むには、細心の注意が必要です。ただし、前述したように、このプロセスは、業界で使用されている他の従来の方法と比較すると、より柔軟で直感的です。

ソフトウェア パッケージ

ねじ部品に関する最初の質問は、使用するソフトウェアについてです。ねじ部品用の特別なソフトウェア パッケージはありますか?答えはノーです。設計者は、同じソフトウェア パッケージを使用して、3D プリント部品にスレッドやその他の機能を組み込むことができます。たとえば、Fusion 360 や SolidWorks を使用している人は、他のプログラムに移行する必要はありません。

さらに、基礎はもっと重要です。基本的な用語、その効果、プロジェクトの全体的な要件を知っている人であれば、非常にシンプルで使いやすい関数を使用して、デザイン ファイルにスレッドを簡単に追加できます。ソフトウェア プログラムに関係なく、ねじ部品を作成する基本的な機能は同じです。ただし、おねじが必要か雌ねじが必要かによって、手順が若干異なります。

おねじ

• ネジの外径と等しい直径の円を描きます
• 押し出し関数を使用して、必要な長さの円柱を作成します
• この手順はソフトウェアによって少し異なります。関連するタブでスレッドを作成するオプションを見つけます。ピッチや内径などのすべての詳細を追加し、ねじを作成する関数を実行します。

雌ねじ

• ネジ山と同じサイズの六角形を描きます
• 必要な長さまでシェイプを押し出します
• 中心に穴を作成し、その直径をネジの外径として設定します
• 穴の内面を選択し、プログラム上の関連するオプションを使用してねじ山を作成します
• ねじサイズをクリックし、他のパラメータをすべて選択してから [OK] を選択します

3D プリントの考慮事項と設定

3D プリント スレッドのプロセスは非常に簡単です。ただし、いくつかの考慮事項が含まれるため、必ずしも簡単であるとは限りません。最大の制限要因はサイズです。これより小さい直径のネジを追加するのはかなり困難です。

また、セットアップ可能な最小サイズは 3D プリンターの特性によって異なります。より大きな直径の場合は、ノズルが別の場所にある間にネジ山が冷えるのに十分な時間がかかるため、どの 3D プリンタでも使用できます。同様に、直径が小さい場合は、将来的に問題が発生しないように、事前に 3D プリンタをテストすることをお勧めします。

プリンターの特性とは別に、信頼性の高い結果を得るにはキャリブレーションと設定も重要です。ここでは、スレッドに関する 3D プリンタのパフォーマンスの信頼性と一貫性を確保するための一般的なガイドラインをいくつか示します。

• プリンターとエクストルーダーが適切に調整されていることを確認してください
• 3D プリンター ベッドのレベルを設定する
• プリンターが常に垂直方向にスレッドを作成できるように設計を最適化する
• サポートがネジ山の中に入らないように注意してください。そうしないと、削除するのが難しくなります
• スレッドの強度を確保するために、壁が 2 mm の垂直レイヤーを少なくとも 4 つ使用します
• 用途に応じて充填密度を選択しますが、いかなる状況でも 25% 未満に設定しないでください

3D プリント部品にねじ山を追加する一般的な方法

3D プリント部品に糸を組み込む方法は複数あります。最適な選択は、アプリケーションとプロジェクトの要件によって異なります。ただし、次の方法が業界で最も一般的です。

印刷スレッド

スレッドを直接印刷することは、デザインにスレッドを組み込む最も効果的な方法の 1 つです。これは、カスタム設計が可能であり、ユーザーに最大限の柔軟性を提供できるため、理想的な方法です。

ただし、いくつかの制限もあります。より小さな直径を直接印刷することは非常に困難です。同様に、ネジ山はネジを追加したり取り外したりするのに十分な強度がないため、組み立てと分解の長期間のサイクルには耐えられません。

さらに、直接印刷は、一定部数のコピーが必要な場合には実行可能な解決策ではありません。このような場合、メーカーは追加のプリンターを用意する必要があります。ただし、その場合はコストが高くなります。

ヒートセット インサートの使用

3D プリントは熱可塑性および熱硬化性材料を使用するのが最も一般的であるため、これは優れたオプションです。

熱可塑性プラスチック部品の場合、熱と圧力を組み合わせて既存の部品にねじ山を永久的に追加するヒートセットインサートの使用が現実的な選択肢です。このプロセスは非常に簡単ですが、はんだごてで加工し、部品が冷えるのを待つ必要があるため、時間がかかります。

熱硬化性部品の場合、このプロセスにはインサートを接着剤で保持することも含まれます。熱硬化性材料と同様に、このプロセスでもネジを取り付ける前に接着剤が硬化するまでに時間がかかるため、かなりのリードタイムがかかります。

手動での穴あけとタップ加工

これは、3D プリントされたデザインに糸を追加する最も早くて経済的な方法の 1 つです。糸は優れた保持力を提供し、糸を加工するために必要な機器はシンプルで、ほとんどすべての作業場で簡単に入手できます。ただし、糸はあまり強力ではなく、プロセス自体が手動であるため、全体のリードタイムが長くなる可能性もあります。

複数の要素の組み合わせ

最後に、おそらく最も効果的なアプローチは、複数の方法を組み合わせて使用することです。アクセスが制限されているエリアに 3D プリントされた糸を追加し、前述の方法を組み合わせて使用​​すると、最良の結果が得られます。ただし、これらの方法のほとんどはかなりの処理時間を必要とするため、リードタイムも長くなります。

RapidDirect:3D プリントのネジとネジに最適な選択肢

製品のスレッドを 3D プリントする場合でも、特定の用途向けの新しいデザイン アセンブリをテストする場合でも。適切な製造パートナーを得ることで、パフォーマンスに大きな違いが生まれます。したがって、RapidDirect は、市場で最も包括的な製造サービスを提供してきた長く成功した歴史に誇りを持っています。当社の経験豊富な 3D プリンティング チームは、最新のテクノロジーをすべて備えており、世界中のクライアントの広範なリストと連携して、最も競争力のある価格で一貫性とパフォーマンスを保証する専門知識を備えています。

RapidDirect の特徴の 1 つは、直感的なオンライン製造プラットフォームです。新しいプロジェクトを始めようと考えている人は、既存の価格を確認してコストを決定する必要があるため、すべてが揃っています。開始するには、デザイン ファイルをアップロードし、材料、仕上げ、数量などを設定するだけで、すぐに見積もりを取得するか、セールス エンジニアに見積もりをリクエストすることができます。