Leitfaden zur Nachbearbeitung von 3D-Drucken: Gewindeschneiden

Gewindeschneiden ist eine der praktischsten und am weitesten verbreiteten Nachbearbeitungstechniken im 3D-Druck. Ob Funktionsprototypen, mechanische Baugruppen oder Konsumprodukte – Gewinde ermöglichen das sichere Verbinden von Teilen, das bei Bedarf Demontieren und die mehrfache Wiederverwendung. Allerdings ist das Gewindeschneiden im 3D-Druck nicht so einfach wie bei der traditionellen Bearbeitung. Gedruckte Gewinde weisen oft nicht die für den wiederholten Einsatz erforderliche Präzision und Festigkeit auf, weshalb Nachbearbeitungsmethoden unerlässlich sind.

3D-gedruckte Gewinde vs. nachbearbeitete Gewinde

Bedruckte Fäden

Manche CAD-Software und Slicer ermöglichen es, Gewinde direkt in das 3D-Modell zu konstruieren. Diese Gewinde werden dann Schicht für Schicht gedruckt.

Vorteile:

• Es werden keine zusätzlichen Werkzeuge benötigt.

• Fäden sind in das Design integriert.

• Geeignet für dekorative Anwendungen oder Anwendungen mit geringer Belastung.

Einschränkungen:

• Auflösungsbeschränkungen: FDM-Drucker haben oft Schwierigkeiten mit feinen Teilungen.

• Schwäche: Die Haftung der Schichten ist geringer als bei maschinell gefertigten Gewinden.

• Verschleiß: Die Fäden verschleißen bei wiederholtem Gebrauch schnell.

Gedruckte Gewinde eignen sich am besten für Prototypen, visuelle Modelle oder Teile, bei denen das Gewinde nur selten zum Einsatz kommt.

Nachbearbeitete Threads

Die Nachbearbeitung umfasst das Erzeugen von Gewinden nach dem Drucken mithilfe von Werkzeugen wie Gewindebohrern, Schneideisen oder Einsätzen.

Vorteile:

• Höhere Präzision und Stärke.

• Kompatibilität mit Standardhardware.

• Längere Lebensdauer bei wiederholter Befestigung.

Einschränkungen:

• Erfordert zusätzliche Werkzeuge und Arbeitsschritte.

• Verlängert den Arbeitsablauf.

• Gegebenenfalls sind Anpassungen an der Konstruktion erforderlich (übergroße Löcher, verstärkte Wände).

In der Praxis sind die meisten funktionalen 3D-gedruckten Teile auf nachbearbeitete Gewinde angewiesen, um ihre Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Innengewinde

Innengewinde sind Rillen, die in ein Loch geschnitten sind und es ermöglichen, Bolzen oder Schrauben sicher zu befestigen.

Methoden zur Erstellung interner Threads

1. Klopfen

• Verwenden Sie ein Gewindebohrwerkzeug, um ein Gewinde in ein vorgebohrtes Loch zu schneiden.

• Funktioniert gut mit Kunststoffen wie ABS, PETG und Nylon.

• Erfordert sorgfältiges Ausrichten, um ein Abblättern zu vermeiden.

2. Wärmeeinsätze

• Messingeinsätze werden mit einem Lötkolben erhitzt und in das Loch gepresst.

• Der Kunststoff schmilzt leicht an und verbindet sich um den Einsatz herum.

• Bietet metallfeste Gewinde im Inneren eines Kunststoffteils.

3. Gewindeeinsätze und Helicoils

• Gewindeeinsätze können eingepresst oder geklebt werden.

• Helicoils sind spiralförmige Drähte, die in Gewindebohrungen eingesetzt werden und eine ähnliche Haltbarkeit wie Metall bieten.

Bewährte Verfahren

• Vorbereitung der Bohrungen: Bohren oder entwerfen Sie die Bohrungen zunächst etwas kleiner als üblich und reiben Sie sie anschließend auf den richtigen Durchmesser auf.

• Schmierung: Verwenden Sie beim Gewindeschneiden Schneidflüssigkeit, um die Reibung zu verringern.

• Wandstärke: Um Risse zu vermeiden, muss die Wandstärke mindestens das 2- bis 3-fache des Gewindedurchmessers betragen.

Innengewinde sind besonders nützlich bei Gehäusen, Halterungen und Baugruppen, bei denen Schrauben wiederholt festgezogen werden müssen.

Externe Threads

Außengewinde sind Nuten, die um einen zylindrischen Schaft geschnitten sind und es dem Teil ermöglichen, in eine Mutter oder ein Innengewinde eingeschraubt zu werden.

Methoden zur Erstellung externer Threads

1. Dies

• Ein Schneidwerkzeug schneidet Gewinde um einen bedruckten Stab.

• Funktioniert am besten mit härteren Materialien.

• Erfordert eine präzise Kontrolle des Stangendurchmessers.

2. Bearbeitung

• CNC-Drehmaschinen oder manuelle Bearbeitung können Außengewinde verfeinern.

• Bietet Präzision auf Industrieniveau.

• Besser geeignet für Hybridprojekte, die 3D-Druck mit maschineller Bearbeitung kombinieren.

Bewährte Verfahren

• Durchmesserkontrolle: Die Wellen zunächst etwas größer drucken und dann vor dem Gewindeschneiden durch Schleifen oder maschinelle Bearbeitung auf die richtige Größe bringen.

• Materialwahl: Flexible Materialien wie Nylon sind abriebfester als spröde Materialien wie PLA.

• Gewindesteigung: Gröbere Gewinde sind bei Kunststoff weniger anfällig für Beschädigungen.

Außengewinde sind üblich bei Steckverbindern, Kappen und mechanischen Baugruppen, bei denen Teile miteinander verschraubt werden müssen.

Der Prozess des Hinzufügens von Threads

Schritt 1. Vorbereitung des gedruckten Teils

• Design-Überdimensionierung: Die Bohrungen sollten etwas kleiner als der endgültige Gewindedurchmesser ausgelegt werden.

• Oberflächenreinigung: Entfernen Sie Fäden oder raue Kanten mit Schleifpapier.

• Verstärkung: Zusätzliche Umrandungen oder Füllungen um die Gewindebereiche herum hinzufügen.

Schritt 2. Bohren oder Reiben

• Verwenden Sie einen Bohrer oder eine Reibahle, um die richtige Lochgröße zu erreichen.

• Stellen Sie sicher, dass das Loch gerade und glatt ist.

• Vermeiden Sie übermäßige Krafteinwirkung, um Risse zu verhindern.

Schritt 3. Gewinde schneiden

Interne Threads:

• Wählen Sie die richtige Tippgröße.

• Kühlschmierstoff auftragen.

• Drehen Sie den Wasserhahn langsam auf und drehen Sie ihn zwischendurch immer wieder zurück, um Ablagerungen zu entfernen.

Externe Threads:

• Verwenden Sie ein Schneidwerkzeug, das auf den Stangendurchmesser abgestimmt ist.

• Klemmen Sie das Teil fest ein.

• Drehen Sie die Matrize gleichmäßig, um ein Verkanten des Gewindes zu vermeiden.

Schritt 4. Einsetzen der Einsätze

• Wärmeeinsätze: Mit einem Lötkolben erhitzen, leicht andrücken und abkühlen lassen.

• Gewindeeinsätze: Einpressen oder einkleben.

• Helicoils: Werden zur Verstärkung in Gewindebohrungen eingesetzt.

Schritt 5. Testen und Fertigstellen

• Mit Standardschrauben oder -bolzen testen.

• Bei Bedarf Kanten abschleifen oder polieren.

• Bei dauerhaften Verbindungen optional Schraubensicherung auftragen.

Designüberlegungen zu nachbearbeiteten Threads

Loch- und Wellenabmessungen

• Unterdimensionierte Löcher: Die Löcher sollten etwas kleiner als der Durchmesser des Gewindebohrers sein.

• Überdimensionierte Wellen: Stangen etwas größer drucken und vor dem Gewindeschneiden abschleifen.

Wandstärke

• Stellen Sie sicher, dass die Wände um die Innengewinde dick genug sind, um Rissen zu widerstehen.

• Für Einsätze, Konstruktionsvorsprünge oder verstärkte Bereiche.

Gewindesteigung und Größe

• Grobgewinde (z. B. M6, M8) sind bei Kunststoff zuverlässiger.

• Feingewinde (z. B. M2, M3) sind anfällig für Beschädigungen, wenn sie nicht durch Einsätze verstärkt werden.

Last und Anwendung

• Bei Anwendungen mit hoher Belastung sollten immer Einsätze verwendet werden.

• Für Prototypen genügen möglicherweise gedruckte Fäden.

• Berücksichtigen Sie Umwelteinflüsse wie Hitze, Feuchtigkeit und Abnutzung.

Verstärkungsmerkmale

• Fasen oder Senkungen an den Führungsschrauben anbringen.

• Verwenden Sie Filets, um Spannungsspitzen zu reduzieren.

• Vergrößern Sie die Umfänge und die Fülldichte um die Gewindebereiche herum.