Enfiler des pièces imprimées en 3D : comment utiliser la chaleur

Nous pouvons rendre nos pièces imprimées en 3D encore plus performantes lorsque nous commençons à les mélanger avec des « vitamines mécaniques » essentielles. En combinant des impressions avec des vis, des écrous, des fixations et des goupilles, nous obtenons un riche écosystème pour la fabrication de mécanismes avec des capacités au-delà de ce que nous pourrions simplement imprimer seuls.

Aujourd'hui, j'aimerais partager quelques conseils sur l'une de mes techniques d'impression 3D fonctionnelles préférées : l'ajout d'inserts thermofixés. En tant que personne qui les installe manuellement dans des pièces en plastique depuis des années, je pense que de nombreux guides négligent certains détails de processus cruciaux pour obtenir des résultats cohérents.

Ne fais pas d'erreur; il existe déjà une poignée de guides d'insertion [1, 2]. (En fait, je vous encourage à y regarder d'abord pour un bon départ.) Au fil des ans, j'ai ajouté mon propre mouvement de finition (rien d'exotique ou de difficile) que j'appelle la technique de la plaque-presse qui me donne un augmentation majeure de la cohérence.

Rejoignez-moi ci-dessous alors que je comble les lacunes de connaissances (et certaines littérales aussi) pour vous renvoyer au laboratoire équipé d'une technique qui vous donnera des inserts parfaitement placés à chaque fois.

Les inserts thermofixés sont des pièces d'origine qui ajoutent des filets à une pièce en thermoplastique. Étant donné que l'impression 3D repose sur le plastique suintant des buses, littéralement chaque matériau imprimé en 3D correspond à la définition du thermoplastique - ils fonctionneront donc tous ! En ce qui concerne les techniques d'appariement, c'est presque comme si ces inserts étaient faits l'un pour l'autre ! (Hélas, ce n'était pas le cas, mais heureusement, le plastique moulé par injection a fait de ces pièces une marchandise.)

Les inserts thermofixés fonctionnent en ramollissant le matériau environnant au fur et à mesure de leur installation. Une fois installé, le retrait de la source de chaleur provoque la resolidification de ce plastique fondu autour de la fonction moletée des inserts, le maintenant en place. Envisageons de penser à ce processus en termes de transfert de chaleur. Les trous d'installation sont plus petits que les inserts eux-mêmes (ils sont sous-dimensionnés), nous ne pouvons donc pas installer les inserts à la main. Au lieu de cela, nous chauffons d'abord l'insert, puis conduisons cette chaleur dans le matériau environnant de sorte que le trou se déforme, s'adaptant à la forme plus large de l'insert.

Au fur et à mesure que le temps passe, la chaleur est transférée de l'outil d'insertion, à travers l'insert à partir de la surface de contact, et enfin vers l'extérieur dans notre pièce imprimée en 3D, où elle se dissipe. Plus le temps passé à insérer la pièce est long, plus la chaleur a de temps pour se propager dans la pièce où elle peut déformer les zones de la pièce environnante. Dans la fabrication à grande échelle, ce processus est effectué à la machine. Dans notre cas, cependant, nous installons à la main, nous devrons donc garder notre timing à l'esprit. Enfin, n'oubliez pas que lorsque nous installons l'insert, nous déplaçons du plastique fondu pour faire de la place à l'insert thermofixé. Ce plastique déplacé doit aller quelque part, et il finit généralement en bouillie au fond de l'insert.

Nos outils n'ont pas besoin d'être chers. J'utilise une "astuce d'installation" d'insert combinée à un fer à souder économique de 40 W d'Amazon sans aucun contrôle de température. Ces "embouts d'installation" ne sont pas particulièrement spéciaux, mais, contrairement aux pointes de fer à souder, ils ne sont pas effilés. L'utilisation d'une pointe sans cône facilite le retrait de la pointe une fois l'insert installé.

Vous pouvez trouver des encarts sur McMaster-Carr (pn : 92160a115) ou sur Tindie. (J'avoue que j'utilise le McMaster-Carr pour les inserts 4-40 et M2.5, mais aussi avec les inserts M3, M4 et M5 sans aucun problème !)

Je déconseille fortement d'utiliser une pointe de fer à souder à la vanille pour la raison suivante. La plupart de ces pointes sont effilées. Si nous utilisons une pointe de fer à souder conique, nous risquons de coincer la pointe du fer dans l'insert. N'oubliez pas que le métal se dilate lorsqu'il chauffe et se contracte lorsqu'il refroidit. Lorsque nous installons l'insert métallique dans la pièce imprimée, nous dissipons la chaleur de l'insert dans la pièce, provoquant un léger refroidissement de l'insert chauffé et également une contraction autour de la pointe du fer. Le résultat net est que lorsque nous essayons de retirer la pointe du fer, l'insert vient avec ! J'imagine que ce scénario s'apparente à un piège à doigts chinois.

Cela dit, ce problème ne se produirait pas trop souvent pour moi lorsque j'utilisais une pointe de fer à souder à la vanille pour ce processus, mais 1 impression ruinée sur 5 me suffisait pour grappiller les 10 $ supplémentaires et obtenir le pointe droite.

Enfin, mon dernier outil pour ce processus est un petit carré de tôle mince, d'environ 150x150mm (6″x6″). Cette feuille devient une référence "plate" dont je parlerai plus tard dans le processus.

En ce qui concerne le dimensionnement des trous pour les inserts, je vous recommande de suivre les informations dimensionnelles fournies avec les fiches techniques des inserts. À titre de référence rapide, voici un mini recueil de liens pour certains de mes inserts préférés et leurs recommandations de taille de trou.

Pour tenir compte du matériau déplacé, je suggère d'augmenter la profondeur du trou d'environ 50 % de la longueur de l'insert. Ce changement garantit que le plastique déplacé a un endroit où aller et ne remplit pas la cavité où l'insert devrait se trouver.

D'autres guides suggèrent d'ajouter un petit cône à la fonction de trou. Il s'agit d'une fonctionnalité astucieuse qui permet aux inserts de s'insérer dans le trou avant de les installer avec de la chaleur. Certains inserts sont eux-mêmes coniques, ce qui a le même effet d'assise sur un trou non conique. L'ajout de cette fonctionnalité conique (ou l'achat d'inserts coniques légèrement plus chers) n'est pas nécessaire, mais cela facilite le processus d'installation.

Avec une conception prête à l'emploi, je vous recommande de modifier d'abord un paramètre Slicer de l'imprimante 3D, à savoir les couches de périmètre. Slic3r utilise par défaut deux couches de périmètre pour les fonctions de trou. Je recommanderais d'augmenter cette valeur jusqu'à au moins 4 périmètres pour deux raisons.

Tout d'abord, nous voulons nous assurer que notre insert installé "s'agrippe" toujours au matériau après l'avoir installé. Un insert installé déplace le matériau vers l'extérieur lors de l'installation, donc l'ajout de couches améliore les chances que nous n'ayons pas fondu à travers lors de l'installation.

Deuxièmement, l'ajout de couches périmétriques supplémentaires réduit également la mesure dans laquelle des indentations externes se forment sur la pièce lorsque les inserts sont situés à proximité de la surface externe d'une pièce. Ces indentations sont appelées retassures et constituent en fait un problème courant rencontré également dans les pièces moulées par injection. Les retassures se produisent parce qu'une pièce se contracte en refroidissant. J'ai découvert que l'ajout de plusieurs périmètres réduit cet effet. Je ne peux pas dire avec certitude pourquoi c'est le cas, mais ma meilleure hypothèse est que l'ajout de matériau solide réduit l'espace libre à l'intérieur de la pièce, ce qui rend plus difficile le changement de forme des géométries internes.

Maintenant que nous maîtrisons la conception et la préparation des pièces pour les inserts, passons à la procédure d'installation.

Tout d'abord, assurez-vous que votre fer à souder a complètement atteint sa température de consigne avant de l'utiliser pour installer des inserts. Si nous essayons d'installer un insert alors que le fer monte encore à son point de consigne, le processus prend juste plus de temps, et toute cette chaleur du fer passe plus de temps à se diffuser dans notre pièce, la faisant se déformer.

Ensuite, avec l'insert positionné dans le trou, appliquez de la chaleur sur l'insert. Laissez le poids de l'outil de fer à souder lui-même appliquer la force douce nécessaire pour pousser l'insert en position. La gravité devrait faire la majeure partie du travail ici. Ce processus prend environ 10-15 secondes. Continuez à appliquer de la chaleur jusqu'à ce que votre insert soit à environ 90 % inséré dans votre pièce.

Ok, voici où nous déraillons de la convention. Avec l'insert à environ 90 % dans votre pièce, retirez le fer et retournez rapidement la pièce sur une surface plane et résistante à la chaleur et poussez doucement la pièce vers le bas jusqu'à ce qu'elle soit au ras du matériau. (J'utilise un petit morceau de tôle pour cette étape.) Attendez environ 6 à 10 secondes de plus pour que la pièce refroidisse, et vous avez terminé ! J'appellerai cette manœuvre la technique de presse à plaques.

Cette dernière étape du processus semble étrange, mais elle est essentielle pour deux raisons. Tout d'abord, il place l'insert de manière à ce qu'il soit à la fois vertical et parfaitement aligné avec le haut de la pièce imprimée. Deuxièmement, il aplatit tout matériau bombé qui s'est enflammé pendant l'installation de l'insert.

Si tout s'est bien passé, vous devriez avoir une belle plaquette qui affleure la surface de la pièce. Dans l'image ci-dessous, j'ai utilisé le fer pour asseoir ces pièces la plupart du temps, puis je les ai refroidies au ras de la technique de presse à plaques.

Dans l'exemple suivant ci-dessous, cet insert a été mis en place sans utiliser la technique de presse à plaque. Remarquez ce vilain "renflement" de matériau en excès qui perle autour de l'insert. C'est précisément le renflement que nous pouvons éliminer lorsque nous utilisons la technique de presse à plaque finale.

J'imagine que l'ajustement à la fois de la température de notre fer et de la vitesse d'insertion pourrait réduire ou éliminer cet effet de renflement si nous pratiquons l'installation de ces inserts dans diverses conditions. Mais ce besoin hypothétique de pratique est exactement ce qui rend la technique de la presse à plaques si précieuse. En termes simples, la technique de presse à plaques nous donne des résultats cohérents sans avoir besoin de niveaux de précision robotisés. Nous « lissons » simplement l'insert à sa place finale et finissons-en. Le résultat est un insert affleurant avec peu d'effort et sans pratique. Certes, cette technique n'est pas la façon dont les gens de l'industrie le font pour la production de masse, mais elle est certainement cohérente - un hack même.

C'est ça! J'espère que ce guide vous sera utile pour clouer de beaux inserts affleurants à chaque fois sans trop de tracas avec les mains. Voici un bref extrait de quelques autres parties que j'ai faites pour mettre en perspective ce à quoi s'attendre.

J'ai commencé à publier mes articles avec #beautifulinserts, et j'aimerais voir comment cette technique se comporte pour vous. Si vous faites quelque chose d'amusant, pourquoi ne pas inspirer d'autres membres de la communauté en se joignant à la conversation ?