光造形方式で3Dプリントされたパーツへのネジの取り付けについて


今回は試作の場面で必要になる3Dプリントされたパーツへネジを取り付ける方法についてformlabsエンジニアによる検証の結果をお伝えします。各種ナットの設置方法やそれぞれの長所短所について詳細にレビューしています。

※原文:https://formlabs.com/blog/adding-screw-threads-3d-printed-parts/

formlabsでは、Form 2(弊社の光造形3Dプリンタ、あるいはSLA 3Dプリンタとも呼ばれます)で出力するための多くの部品を設計しています。部品の一例を挙げると、研究開発に使用される内部プロトタイプ、製造ラインで使用される治具および取付具、最終的にナイロンなどの材料から射出成形する前の設計レビュー用の部品などです。

このような設計工程では、用途を問わず、ネジを使用して複数の部品を組み合わせる必要がよくあります。高性能樹脂Toughが利用できることにより、外見確認用プロトタイプと実際に機能するプロトタイプの違いは少なくなっています。

この記事では、3D出力されたSLA部品にネジを取り付ける方法について説明します。複数の3D出力部品を組み合わせる方法はほかにもたくさんありますが、コンポーネントを繰り返し取り付けたり取り外したりしなければならない場合は、堅牢な金属製のネジ穴に勝るものはありません。

ネジ穴の設計方法の比較

Formlabsでは何年にもわたってさまざまな設計方法を収集し、お客様からも提案を受けてきました。そのうちいくつかを見てみましょう。いろいろな場面での各方法の長所・短所を検討し、全体的に見て優秀なものから順に掲載しています。

 

プラスチック用、拡張式インサートナット

長所:接着剤不要で、3Dプリンタで出力された部品に強力に接合します。ネジ穴は堅牢で、繰り返しの着脱に耐えます。

短所:高温の環境では締め込みが緩むことがあります。

インサートナットのスペックに対応する深さと直径で、ボス(受け側のプラスチック)を出力します。イソプロピルアルコール(IPA)で洗浄し、二次硬化工程は行わずに乾燥させます。

ボールエンドドライバを使用してボスにインサートナットを挿入し、ネジで完全に締め込んで、プラスチック内に固定します。次に、部品を二次硬化させてクリープの影響を低減し、プラスチック内のインサートナットをさらに強力に固定します。このステップを一番最後に行うことで、インサートナットの締め込み時にボスに亀裂が入りにくくなります。

 

プラスチック用、熱圧入式インサートナット(接着剤使用)

長所:3Dプリンタで出力された部品に強力に接合します。ネジ穴は堅牢で、繰り返しの着脱に耐えます。

短所:接着剤が必要です。(はんだは使わないで!)

熱圧入式インサートナットは、加熱されたこての先端に装着した専用の部品を使って、熱可塑性プラスチックに固定するものです。アクリルシートや熱溶解積層方式により造形された部品での使用を前提としたものです。フォトポリマー樹脂のSLA部品では形が崩れるだけで溶けないため、使用できません

とはいえ、熱圧入式インサートナットのネジ溝とネジ山、双方を2液性エポ