رزوه ها و پیچ های پرینت سه بعدی – راهنمای ساده

به شیارهای مارپیچی بیرون پیچ یا درون مهره رزوه می‌گویند. رزوه‌ها حرکت پیچشی را تبدیل به حرکت خطی کرده و با بیش از ده روش توسط ماشین های مختلفی ایجاد می شود.

رزوه­ ها و پیچ­های پرینت سه بعدی – راهنمای ساده

در ابتدا باید پرسید تفاوت بین پیچ و رزوه چیست؟ پیچ یک عنصر اتصالی است که برای تشکیل اتصال استفاده شده و می­تواند بعدا جدا شود؛ در حالی که رزوه اصلی­ترین ویژگی اتصال پیچ است. گفته می­شود که رزوه­ها فقط برای پیچ­ها استفاده نمی­شوند. آن­ها در لوله­ها، حرکت­های خطی، چرخدنده­های حلزونی و بسیاری از دستگاه­های دیگر نیز وجود دارند.

ویژگی مشترک میان همه­ی رزوه­ها، نحوه­ی ساخت آن­هاست. هر رزوه، یک شیار مارپیچ پیوسته از یک مقطع خاص است که در خارج یا داخل یک سطح استوانه‌ای شکل ایجاد می‌شود.

در بیشتر موارد، مقطع یا فرم، مثلثی یا ذوزنقه­ای است. فرم­های رزوه مثلثی بیشتر برای اتصال­دهنده­ها (پیچ­ها) استفاده می­شود؛ در حالی که از رزوه­های ذوزنقه­ای که گونه­ای از رزوه­ی مربعی هستند، برای انتقال نیرو و حرکت­های خطی روی پیچ­های سربی استفاده می­شوند. برای ساده‌تر کردن فهم مطالب، این مقاله فقط رزوه‌های مثلثی شکل را مورد بحث قرار می‌دهد؛ اما همه­ی موارد برای هر دو نوع صدق می‌کند.

سطح دیگری از طبقه­بندی، رزوه­های متریک را از انواع اینچی آن­ها متمایز می­سازد. اولی بیشتر در اروپا و آسیا استفاده می­شود و نوع دوم در ایالات متحده و بریتانیا محبوب­تر است. برای فردی که آموزش ندیده، آن­ها یکسان به نظر می­رسند؛ اما تفاوت­هایی در شکل مثلث و گام منحنی مارپیچ آن­ها وجود دارد.

در این مقاله نگاهی به اصول طراحی و پرینت سه بعدی پیچ­ها و رزوه­ها خواهیم داشت.

رزوه­ها و پیچ­های پرینت سه بعدی

اصطلاحات پایه

قبل از شروع طراحی رزوه­ها، چند اصطلاح و مفهوم وجود دارد که باید با آن­ها آشنا شوید:

1. رزوه­ی خارجی یا داخلی: رزوه­ی خارجی یا نرگی از یک سطح استوانه­ای شکل امتداد می­یابد. رزوه­ی داخلی یا مادگی دقیقا عکس یک رزوه­ی خارجی است؛ بدین معنی که درون یک سطح استوانه­ای حک شده است. به عنوان مثال، پیچ­ها از رزوه­های خارجی استفاده می­کنند، در حالی که برای ساخت مهره­ها از رزوه­های داخلی استفاده می­شود.
2. جهت رزوه: رزوه­ها به سمت راست یا چپ بسته می­شوند. رزوه‌های راست­گرد در جهت عقربه‌های ساعت و رزوه‌های چپ­گرد در خلاف جهت عقربه‌های ساعت بسته می‌شوند. اگر یک رزوه­ی راست­گرد را در خلاف جهت عقربه­های ساعت بچرخانید، باز می­شود. علاوه بر این، یک مهره­ی راست­گرد روی پیچ چپ­گرد بسته نمی­شود. اگرچه رزوه­های راست­گرد رایج­تر هستند، اما می­توانید رزوه­های چپ­گرد را در جاهایی مثل شیر آب گرم دوش­ها یا سینک­ها پیدا کنید.
3. محور رزوه: خطی است که از مرکز استوانه عبور کرده و رزوه روی آن تشکیل شده است.
4. ریشه: قسمت پایین شیاری است که در اطراف بدنه­ی رزوه قرار دارد.
5. تاج: بالاترین نقطه­ی رزوه است.
6. قطر اصلی (بزرگ): قطر استوانه­ای که دور تاج رزوه­ی خارجی یا ریشه­ی رزوه­ی داخلی را در بر می­گیرد، به عنوان قطر اصلی (بزرگ) شناخته می­شود. این استوانه با محور رزوه متحدالمرکز است.
7. قطر کوچک: قطر استوانه­ای است که ریشه­ی یک رزوه­ی خارجی یا تاج رزوه­ی داخلی را احاطه می­کند. این استوانه با محور رزوه و قطر اصلی آن متحدالمرکز است. قطر کوچک در رزوه­های داخلی با عنوان «قطر اندازه­ی مته» نیز شناخته می­شود.
8. گام: فاصله­ی میان نقاط معادل روی رزوه­های مجاور است. به عنوان مثال، فاصله­ی بین دو تاج متوالی در یک رزوه­ی مثلثی شکل.

هنگام طراحی اجزای رزوه­دار، دو امکان وجود دارد. شما می­توانید از ابزارهای موجود در نرم­افزار CAD استفاده کنید که شامل بسیاری از مدل­های اجزای دستگاه­های تجاری است. ابزارهای موجود در جعبه ابزار بر اساس نرم­افزار متفاوت بوده و ممکن است مجبور باشید برخی از آن­ها را بخرید.

از طرف دیگر، می‌توانید اجزای رزوه‌دار را از ابتدا مدلسازی کنید. برای این کار، به طور مثال Fusion 360، یک تابع تولید رزوه­ی ساده شده را ارائه می‌نماید. سایر برنامه های CAD نیز دارای ابزارهایی با درجات مختلف شباهت هستند.

با این حال، نکته­ی مهم درک اصول اولیه است. این امر فقط در مورد نحوه­ی استفاده از نرم­افزار CAD نیست؛ بلکه در مورد دانستن قوانین طراحی رزوه­ها نیز می­باشد. بنابراین، قبل از پرداختن به نحوه­ی مدلسازی رزوه‌ها، اجازه دهید در مورد قوانین مربوط به آن­ها صحبت کنیم.

رزوه­ها و پیچ­های پرینت سه بعدی

قوانین مربوط به رزوه­ها

تمام پیچ­های تجاری استاندارد هستند؛ برای مثال، پیچ بریستول آلن ISO M4X20 دارای گام، زاویه و ابعاد دندانه­ی مشخص است. بنابراین وقتی یک عنصر رزوه‌دار را مدلسازی می‌کنید، ابعاد نباید دلخواه باشند؛ بلکه باید بر اساس یک استاندارد انتخاب گردند. رعایت این نکته به شدت توصیه گردیده و باعث می­شود مدل شما حتی اگر قرار است رزوه­ها را پرینت سه بعدی کنید، بهتر باشد.

حتما به واحدهای اندازه­گیری نیز توجه نمایید:

1. رزوه­های متریک: علامت «M» در یک رزوه­ی متریک، قطر خارجی اسمی آن رزوه را بر حسب میلی­متر نشان می­دهد. به عنوان مثال، رزوه­ی M5 دارای قطر بیرونی اسمی 5 میلی­متر است. در یک رزوه­ی خارجی، قطر خارجی اسمی معادل قطر اصلی است. در یک رزوه­ی داخلی، قطر خارجی اسمی را می­توان با اندازه­گیری قطر کوچک و کمک گرفتن از جدول رزوه­های متریک تعیین نمود.
2. رزوه­های اینچی: رزوه‌های اینچی با استفاده از تعدادی استاندارد تعیین می‌شوند؛ از جمله استاندارد رزوه­ی یکپارچه (UTS) که در اصل اندازه‌های رزوه­ی استاندارد را با اعداد (مثلا 4#) نام‌گذاری می‌کند. دو اندازه­ی مهم در UTS به ترتیب قطر اصلی یا کوچک در رزوه­های خارجی یا داخلی و رزوه در هر اینچ (TPI) است.

بنابراین، زمانی که می­خواهید عناصر رزوه­دار را طراحی کنید، باید مشخصات گام، زاویه و بقیه موارد را از جداول استاندارد پیشنهادی استخراج نمایید.

رزوه­ها و پیچ­های پرینت سه بعدی

استفاده از ابزارهای نرم­ افزارها

در بسیاری از موارد ممکن است نیازی به مدلسازی صفر تا صد قطعه نباشد. همانطور که در بالا ذکر شد، بسیاری از برنامه­های CAD مجهز به جعبه­ابزار قطعات استاندارد هستند و اگر قطعه­ای که استفاده می­کنید، یک قطعه­ی تجاری موجود باشد، ممکن است خوش شانس بوده و مجبور نباشید آن را مدلسازی نمایید.

برای مثال در SolidWorks می­توانید بدون نیاز به مدلسازی، پیچ و مهره­های آماده داشته باشید. همچنین گزینه­های مختلفی برای نمایش وجود دارد:

1. ساده: پیچ صاف به نظر می­رسد؛ اما نسبت گام پیچ همچنان اعمال می­شود.
2. شماتیک: مدل دارای برچسب رزوه است.
3. جزئی: مدل از قبل دارای یک «رزوه» مدلسازی شده است.

با این حال حتما بررسی نمایید که رزوه­ی مورد نظر کارایی داشته باشد. در برخی از نسخه‌های SolidWorks، به دلیلی که فقط توسعه‌دهندگان می‌دانند، رزوه­ی انتخاب شده در واقع یک مارپیچ نیست؛ بلکه آرایه‌ای از برش دایره‌ای شکلی است که در همان صفحه ایجاد شده. به این معنی که رزوه واقعی نبوده و بسته نمی‌شود. اگر تصور می­کنید با پرینت این مدل، سیستم را فریب می­دهید، در واقع چند ساعت از فرآیند چاپ را تلف کرده­اید. این مورد برای همه­ی نرم­افزارها صدق نمی­کند؛ لذا حتما روی نرم­افزار خود تست نمایید.

Fusion 360

Fusion 360 برای افزایش عملکرد نرم­افزار به افزونه­ها متکی است. وقتی صحبت از عناصر اتصال می­شود، McMaster-Carr محبوب­ترین مورد است. این مورد شامل عناصری مانند پیچ و مهره­ها، میله­های رزوه­دار، واشرها، پین­ها و میخ­ها است.

می‌توانید دسته‌های زیادی را بررسی یا مستقیما آنچه را که می‌خواهید، جستجو کنید. هنگامی که چیزی را انتخاب کردید – برای مثال یک پیچ – می­توانید اندازه و طول رزوه را انتخاب نموده و سپس آن را به فضای کاری اضافه کنید.

رزوه­ها و پیچ­های پرینت سه بعدی

مدلسازی رزوه­ها

اگر عنصر رزوه­دار مورد نیاز شما به راحتی در دسترس نیست، باید آن را از ابتدا مدلسازی کنید. در ادامه، فرآیند طراحی رزوه­های خارجی و داخلی را با استفاده از تابع تولید رزوه­ی ساده­ی Fusion 360 نشان خواهیم داد.

سایر برنامه­های CAD ممکن است ابزارهای مشابهی داشته باشند. همانطور که قبلا گفته شد، درک اصول اولیه، از جمله اصطلاحات، استانداردهای تعیین شده و اصول طراحی – که همه­ی آن­ها را در بالا مورد بحث قرار دادیم، بسیار مهم است. با این اطلاعات، می­توان از هر ابزار مدلسازی توانمندی جهت ساخت مدل­ها و انتخاب مقادیر ورودی مناسب برای تولید رزوه­های مورد نظر استفاده کرد.

بیایید با رزوه­ی خارجی یک پیچ شروع کنیم.

رزوه­ی خارجی

1. دایره­ای با قطری برابر قطر اصلی رزوه­ی مورد نظر بکشید.

2. با اکسترود کردن دایره به طول رزوه­ی مورد نظر، یک استوانه ایجاد نمایید.

3. به منوی « Create» رفته و گزینه­ی «Thread» را انتخاب کنید.

4. استوانه­ای را که ایجاد کردید، انتخاب نمایید. مطمئن شوید که چک باکس «Modeled» علامت زده شده است. سپس نوع رزوه و سایر پارامترهای آن را تنظیم کنید.

5. «OK» را بزنید.

همین! شما رزوه­ی خارجی خود را ساختید! برای اینکه آن را به یک پیچ مناسب تبدیل کنید، باید آن را به سر دلخواه خود وصل نمایید.

حالا بیایید مهره­ای با یک رزوه­ی داخلی طراحی کنیم.

رزوه­ی داخلی

1. یک شش ضلعی بکشید. برای دستیابی به اهداف این آموزش، مطمئن شوید که ابعاد آن بزرگتر از رزوه­ای است که می­خواهید طراحی نمایید.

2. آن را به ارتفاع مورد نظر اکسترود کنید.

3. با انتخاب گزینه­ی «Hole» در منوی «Create» یک سوراخ در مرکز آن ایجاد کنید. قطر سوراخ باید به اندازه­ی قطر اصلی رزوه باشد.

4. سطح داخلی سوراخی که ایجاد کرده‌اید را انتخاب نموده، به منوی «Create» رفته و سپس گزینه­ی «Thread» را انتخاب کنید.

5. به یاد داشته باشید که گزینه­ی «Modeled» را علامت بزنید. اندازه­ی رزوه و سایر پارامترها را تنظیم نمایید.

6. «OK» را بزنید.

بفرمائید! اولین رزوه­های شما آماده­ی چاپ هستند!

ما اکنون یک مدل CAD از عنصری رزوه­دار را داریم. مرحله­ی بعدی چاپ آن است. اینجاست که سرگرمی شروع می­شود. برای اطمینان از موفقیت آمیز بودن پرینت و طول عمر مناسب نتیجه­ی آن، ابتدا به برخی از ملاحظات فرآیند چاپ نگاهی می­اندازیم.

رزوه­ها و پیچ­های پرینت سه بعدی

سرآغاز

یکی از اولین مواردی که باید در نظر بگیرید، ماده­ای است که با آن فرآیند پرینت را اجرا می­نمایید؛ زیرا این عامل نقش مهمی در عملکرد عنصر چاپ شده دارد. یک پیچ نیروی عمودی قابل توجهی را در طول خود اعمال می­کند و در مورد پیچ پرینت سه بعدی، به سادگی برابر مجموعه­ای از لایه­های متصل است.

برای مواد ضعیفی مانند PLA، ممکن است این نیرو باعث شود که پیچ به سادگی در یک نقطه­ی بحرانی بشکند. بنابراین، مواد قوی­تری مانند ABS یا نایلون را برای این نوع کاربردها استفاده کنید.

پس از انتخاب مواد، چند مرحله­ی مهم تنظیم پرینتر قبل از شروع فرآیند چاپ عناصر رزوه­دار پیش روی شما خواهد بود. ابتدا باید مطمئن شوید که پرینتر شما به درستی کالیبره شده است. کالیبراسیون اکسترودر نیز مهم است. همچنین بسیار توصیه می­شود که بستر چاپ خود را مجددا تنظیم نمایید.

رزوه­ها و پیچ­های پرینت سه بعدی

تنظیمات پرینت

  پیچ­ها پرینت سه بعدی شده و محکم هستند (منبع: nathy_bh  در Thingiverse)

در ادامه برخی از دستورالعمل‌های کلی جهت تنظیم فرآیند چاپ برای تولید بهترین رزوه‌های ممکن آمده است:

1. همیشه سعی کنید رزوه­های خود را به صورت عمودی چاپ کنید. برای دستیابی به بهترین نتیجه، محورهای رزوه باید عمود بر بستر چاپ باشند.
2. بدون سازه­های پشتیبان چاپ کنید یا حداقل مطمئن شوید که این سازه­ها داخل رزوه قرار نمی­گیرند. در غیر این صورت، حذف آن­ها و حفظ عملکرد، به خصوص در مورد رزوه­های داخلی، می­تواند واقعا دردسرساز باشد.
3. در صورت امکان، حداقل از چهار لایه­ی (پوسته) عمودی یا دیواره­های عمودی حداقل 2 میلی­متر استفاده کنید. این امر تولید یک رزوه­ی مستحکم را تضمین می­نماید.
4. تراکم مورد نظر به کاربرد شما بستگی دارد؛ اما سعی کنید آن را حداقل روی 25٪ تنظیم کنید.
5. ارتفاع لایه یک پارامتر مهم در هنگام چاپ رزوه­ها است. برای داشتن عملکرد مناسب، لایه­ها باید تا حد امکان نازک باشند. به عنوان یک راهنمایی، رزوه­های­های بزرگتر از M12 یا 1/2 اینچ را می­توان به راحتی با لایه­های 0.2 میلی­متری چاپ کرد. در حالی که رزوه­های کوچکتر باید با لایه­های نازک­تر چاپ شوند.

رزوه­ها و پیچ­های پرینت سه بعدی

نکات

  پرینت و پیچ (منبع: greenzodiac  در Thingiverse)

ممکن است کار ساده­ای به نظر برسد، اما چاپ رزوه­ها همیشه آسان نیست؛ به خصوص اگر قطرهای کوچکی نیاز داشته باشید.

فرض کنید از یک نازل 0.4 میلی­متری و ارتفاع لایه­ی 0.2 میلی­متری استفاده می­کنید. با این تنظیمات، کوچکترین گامی که می­توانید چاپ کنید، احتمالا حدود 0.5 میلی­متر (0.1 میلی­متر کمتر یا بیشتر) خواهد بود. چنین گامی برای رزوه­ی M3 مناسب بوده و اگر می‌خواهید یک رزوه­ی داخلی را در قطعه­ی نسبتا بزرگی چاپ کنید، مشکل چندانی پیش نخواهد آمد. به این دلیل که رزوه­ی شما در حالی که نازل در جای دیگری است، زمان کافی برای خنک شدن خواهد داشت.

برای مثال جالب خواهد بود اگر به یک رزوه­ی خارجی روی پیچ یا مهره نیاز داشته باشید. در این مورد، جای دیگری برای رفتن نازل شما وجود ندارد؛ و این بدان معنی است که احتمالا به خنک­کاری اضافی نیاز خواهید داشت. قبل از اینکه تصمیم به پرینت بسیاری از رزوه­های خارجی نازک بگیرید، حتما پرینتر خود را آزمایش نمایید.

به طور کلی، ایده­ی خوبی است که به طور آزمایشی یک رزوه را چاپ کنید. این بهترین راه برای آزمایش قابلیت­های پرینتر سه بعدی شماست.

رزوه­ها و پیچ­های پرینت سه بعدی

نکات نهایی

  دو پیچ، یک پرینت (منبع: aikiks  در Printables)

حتی اگر اولین آزمایش شما موفقیت­آمیز نباشد، هنوز امیدی وجود دارد! در اینجا به چند نکته­ی پایانی می­پردازیم:

1. حتی اگر موفق به چاپ یک رزوه­ی خارجی با ظاهر زیبا و کوچکتر ازM6  (قطر 6 میلی­متر) شدید، قبل از استفاده از آن برای حمل هر باری، دوباره فکر کنید. به دلیل قطر کم و ماهیت پرینت سه بعدی، رزوه­ای با این اندازه تنها برای مدل­های دکوری مناسب است. اگر باید یک قطعه­ی کاربردی باشد، طراحی متفاوتی را در نظر بگیرید.
2. رزوه­های داخلی با قطر کمتر از 4 میلی­متر، دارای گام بسیار کمی هستند که چاپ آن­ها را دشوار می­سازد. درمورد این اندازه، به فکر چاپ یک سوراخ خالی و ایجاد رزوه به کمک قلاویز باشید. در هر صورت، تمیز کردن رزوه قبل از استفاده، چه به وسیله­ی پرینت سه بعدی ساخته شده باشد و چه به کمک قلاویززنی، همیشه کار خوبی است.
3. برخی از مواد بیشتر از بقیه منقبض می­شوند. قبل از شروع به چاپ قطعات بزرگ رزوه­دار، چند نمونه­ی کوچک بسازید تا بتوانید ابعاد رزوه را بررسی نمایید. ممکن است در هنگام چاپ رزوه­های داخلی با رزوه­ای کوچک و تنگ یا هنگام چاپ رزوه­های خارجی با رزوه­ای بسیار بزرگ مواجه شوید.