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Weerg staff
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Juli 29, 2026
Wenn ein 3D-gedrucktes Bauteil mit Schrauben montiert werden muss, insbesondere wenn es dazu bestimmt ist, während seiner Betriebsdauer mehrmals geöffnet und wieder geschlossen zu werden, tritt das Problem der Gewindehaltbarkeit schnell zutage. Die im 3D-Druck verwendeten Polyamide und Polymere bieten nämlich nicht die gleiche Gewindebeständigkeit wie Metalle. Eine direkt in das Loch eines PA12-Bauteils eingedrehte Schraube kann einigen Montagezyklen standhalten, doch nach wenigen Anzügen neigt das Gewinde dazu, überzudrehen, was die Stabilität und Zuverlässigkeit der Verbindung beeinträchtigt.
Die Lösung ist der Gewindeeinsatz: eine kleine metallische Buchse, die im Inneren des gedruckten Bauteils installiert wird und ein widerstandsfähiges, langlebiges Gewinde schafft. Der Einsatz ermöglicht es, höhere Anzugsmomente aufzubringen und zahlreiche Montage- und Demontagezyklen durchzuführen, ohne das Teil zu beschädigen. Dieser Leitfaden erläutert die wichtigsten Arten von Gewindeeinsätzen, die verfügbaren Materialien, die Kriterien für die korrekte Konstruktion des Aufnahmelochs und die Installationstechniken bei durch 3D-Druck realisierten Bauteilen.
Ein Gewindeeinsatz ist ein zylindrisches metallisches Bauteil mit einem standardmäßigen Innengewinde, in der Regel metrisch (zum Beispiel M2, M2,5, M3, M4, M5, M6, M8), und einer gerändelten oder gewindeten Außenfläche, die dafür konzipiert ist, sich im Material des aufnehmenden Teils zu verankern.
Auf ein 3D-gedrucktes Bauteil angewandt, bietet der Einsatz:
Direkt in ein Polymer gedruckte Gewinde (auch wenn die Geometrie korrekt ist) weisen drei strukturelle Grenzen auf:
Wenn die Verbindung dauerhaft ist, nur einmal angezogen wird und keine hohen Momente erfordert, kann ein gedrucktes Gewinde ausreichen. Wenn die Verbindung hingegen häufig demontiert und wieder montiert werden muss oder erhebliche Anzugsmomente aushalten muss, stellt der Gewindeeinsatz die zuverlässigste Lösung dar.
Es gibt verschiedene Familien von Einsätzen, die sich nach der Installationsmethode unterscheiden und für unterschiedliche Materialien des aufnehmenden Teils optimiert sind. Die vier für den 3D-Druck relevantesten Typen werden nachfolgend beschrieben.
ie sind die am häufigsten verwendeten in 3D-gedruckten Polymeren. Der Einsatz wird mittels eines Lötkolbens erhitzt und in das vorbereitete Loch gedrückt. Die Wärme schmilzt das Polymer lokal, das in die auf der Außenfläche des Einsatzes vorhandenen Rändelungen zurückfließt. Nach dem Abkühlen verfestigt sich das Material und schafft eine stabile Verankerung.
Vorteile: schnelle Installation, ausgezeichnete mechanische Haltekraft, große Auswahl an verfügbaren Größen, Marktstandard. Ideal für die meisten thermoplastischen Polymere.
Grenzen: Sie erfordern einen Lötkolben mit einer auf die Größe des Einsatzes kalibrierten Spitze; nicht geeignet für duroplastische Materialien (wie ausgehärtete SLA/MSLA-Harze).
Sie werden durch mechanischen Druck in das Loch gepresst installiert, ohne Wärme einzusetzen. Die Verankerung wird den äußeren Rändelungen anvertraut, die in das Material eindringen oder es lokal verformen.
Vorteile: keine thermische Ausrüstung erforderlich, schnelle Installation, gut bei steifen Polymeren. Nützlich für wärmeempfindliche Materialien.
Grenzen: geringere Haltekraft als Heat-Set-Einsätze, sie erfordern eine genaue Kontrolle der Lochtoleranzen. Ist der Lochdurchmesser zu groß, kann sich der Einsatz nicht korrekt verankern; ist er zu klein, kann sich das Bauteil verformen oder reißen.
Funktionsprinzip ähnlich dem der Heat-Set-Einsätze, doch die Installation erfolgt mittels eines Ultraschallwerkzeugs. Die hochfrequenten Vibrationen erzeugen durch Reibung Wärme an der Grenzfläche zwischen dem Einsatz und dem Polymer, wodurch das Material lokal erweicht und in die äußeren Rändelungen fließen kann.
Vorteile: maximale Präzision und Wiederholbarkeit, ausgezeichnete Haltekraft, schneller Zyklus. Angezeigt in der industriellen Großserienproduktion.
Grenzen: Sie erfordern eine spezialisierte Ausrüstung (dedizierte Sonotrode). Weniger verbreitet für Kleinserien.
Sie werden direkt in ein vorbereitetes Loch eingeschraubt und formen oder schneiden eigenständig ein Gewinde im Polymer. Das Prinzip ist ähnlich dem einer selbstschneidenden Schraube, doch der Einsatz schafft einen dauerhaften Metallsitz, in den anschließend eine Standardschraube eingeschraubt werden kann.
Vorteile: Installation mit einem gewöhnlichen Schraubendreher oder Akkuschrauber, geeignet für die direkt vor Ort durchgeführte Wartung.
Grenzen: geringere Haltekraft als Heat-Set- oder Ultraschall-Einsätze, nicht geeignet für mehrfache Installationszyklen am selben Loch. Vor allem für unkritische Anwendungen oder für Ersatzteile verwendet.
Das Material des Einsatzes muss in Abhängigkeit von der Betriebsumgebung, den erwarteten Beanspruchungen und dem erforderlichen Anzugsmoment gewählt werden.
Die korrekte Konstruktion des Lochs ist grundlegend: Eine falsch dimensionierte Aufnahme kann die Leistung selbst des besten Einsatzes beeinträchtigen. Die wichtigsten zu berücksichtigenden Aspekte sind vier.
Jeder Einsatz hat einen vom Hersteller empfohlenen Aufnahmedurchmesser, der innerhalb der angegebenen Toleranzen eingehalten werden muss. Bei Heat-Set-Einsätzen ist der Lochdurchmesser in der Regel etwas kleiner als der Außendurchmesser des Einsatzes, um es dem erweichten Polymer zu ermöglichen, in die Rändelungen zurückzufließen und eine wirksame Verankerung zu gewährleisten. Im Fall der Press-Fit-Einsätze muss die Maßkontrolle noch genauer sein.
Das Loch sollte um etwa 0,5–1 mm tiefer sein als der Einsatz. Dieser zusätzliche Raum ermöglicht es, das während der Heißinstallation verdrängte Material aufzunehmen, und verhindert, dass der Einsatz mit dem Boden des Lochs in Kontakt kommt, bevor er die korrekte Position erreicht.
Als Faustregel ist es ratsam, um den Einsatz herum eine Materialstärke von mindestens dem 1,5- bis 2-Fachen seines Außendurchmessers vorzusehen. Eine unzureichende Stärke kann während der Installation Verformungen, Risse oder Brüche verursachen und die Haltekraft des Einsatzes während der Nutzung verringern. Bei 3D-gedruckten Bauteilen übersetzt sich diese Anforderung oft in das Hinzufügen lokaler Verstärkungen um den Einsatzsitz.
Eine kleine 45°-Fase oder Verrundung an der Lochmündung erleichtert das Einführen des Einsatzes und verringert das Risiko von Graten. Es handelt sich um ein einfaches, aber wichtiges Detail, um eine präzise und wiederholbare Installation zu erzielen.
Um diese Aspekte zu vertiefen, laden wir Sie ein, unseren Leitfaden zu Gewindeeinsätzen für den MJF- und FDM-Druck zu konsultieren.
Gewindeeinsätze und ihre Gewinde beziehen sich auf internationale Normen, die ihre Geometrien, Abmessungen und Kompatibilitätskriterien definieren:
Die im 3D-Druck am weitesten verbreiteten metrischen Größen sind M2, M2,5, M3, M4, M5, M6 und M8. Für spezifische Anwendungen sind auch kleinere Größen verfügbar, wie M1,6, oder größere, wie M10 und M12.
Das Innengewinde ist in der Regel ein standardmäßiges metrisches ISO-Gewinde, während die Außengeometrie je nach Art des Einsatzes und der Installationsmethode variiert. Sie kann daher gerändelt, selbstschneidend oder, im Fall der helikalen Einsätze, aus einem spiralförmig gewickelten Profil bestehen.
| Art des Einsatzes | Installationsmethode | Haltekraft | Materialien des aufnehmenden Teils | Typisches Produktionsvolumen |
|---|---|---|---|---|
| Heat-Set (heißeinsetzbar) | Lötkolben mit kalibrierter Spitze | Hoch | Alle Thermoplaste (PA, ABS, PEEK, PETG, ASA) | Kleine und mittlere Serien |
| Ultrasonic | Ultraschallwerkzeug | Sehr hoch | Thermoplaste | Mittlere und große Serien |
| Press-Fit | Mechanischer Druck | Mittel | Thermoplaste, einige Harze | Kleine Serien |
| Selbstschneidend | Akkuschrauber | Niedrig/mittel | Thermoplaste | Wartung, Ersatzteile |
Gewindeeinsätze sind besonders nützlich, wenn ein 3D-gedrucktes Bauteil mit Metallelementen verbunden, mit Standardschrauben montiert oder häufigen Montage- und Demontagevorgängen unterzogen werden muss.
Zu den gängigsten Anwendungen gehören:
Die Installation der Einsätze erfordert eine spezifische Ausrüstung und jedes Teil muss einzeln bearbeitet werden. Es gibt zwei Hauptmöglichkeiten.
Angezeigt für diejenigen, die intern produzieren, bereits über die erforderliche Ausrüstung verfügen oder Prototypen und kleine Mengen realisieren müssen. Mit einem Lötkolben für Einsätze für 40–80 Euro und kalibrierten Spitzen ist es möglich, Heat-Set-Einsätze bei begrenzten Volumina zu installieren. Der Vorgang erfordert jedoch eine gewisse Erfahrung, um eine präzise Positionierung und eine gleichmäßige Verankerung zu erzielen und dabei zu vermeiden, das Bauteil zu verformen oder zu beschädigen.
Für Produktionschargen stellt es im Allgemeinen die effizienteste Lösung dar, die Installation dem Lieferanten anzuvertrauen. Der Lieferant erhält das 3D-Modell mit der Angabe der Position und der Abmessungen der Einsätze, fertigt die korrekt dimensionierten Aufnahmelöcher und schließt die Installation in Serie mittels professioneller Ausrüstung ab. Das Teil wird dann einsatzbereit geliefert, ohne dass weitere Bearbeitungen erforderlich sind. Diese Lösung ist besonders für kleine und große Serien, komplexe Prototypen und für den Endkunden bestimmte Komponenten angezeigt.
Im Weerg-Service ist die Installation der Gewindeeinsätze als Nachbearbeitungsvorgang für die in MJF und FDM gedruckten Bauteile verfügbar. Es genügt, die Datei mit der Angabe der Position und der Abmessungen der erforderlichen Einsätze hochzuladen; die Kosten des Vorgangs werden dann in das Angebot einbezogen.
Gewindeeinsätze stellen eine der wirksamsten Lösungen dar, um die Robustheit, die Haltbarkeit und die Wiederholbarkeit der Schraubverbindungen in 3D-gedruckten Bauteilen zu erhöhen und ihre Leistung derjenigen von spritzgegossenen oder aus Metall gefertigten Teilen anzunähern.
Die Wahl des am besten geeigneten Einsatzes, die korrekte Dimensionierung des Lochs sowie eine mit angemessener Ausrüstung durchgeführte Installation ermöglichen es, eine der wichtigsten Grenzen der 3D-gedruckten Polymere zu überwinden und eine zuverlässige, langlebige Verbindung zu erzielen.
Haben Sie ein 3D-gedrucktes Bauteil, das Gewindeeinsätze erfordert?
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Der Heat-Set-Einsatz ist die am weitesten verbreitete Lösung für Bauteile, die in thermoplastischen Materialien gedruckt werden. Er bietet eine schnelle Installation, eine hohe Ausziehbeständigkeit und eine breite Verfügbarkeit von Standardgrößen, vor allem aus Messing. Er ist zudem mit den meisten in den FDM- und MJF-Verfahren eingesetzten Materialien kompatibel.
Das hängt von drei Faktoren ab: Art und Abmessungen des Einsatzes, Material des Bauteils und Stärke der umgebenden Wand. Zum Beispiel kann ein Heat-Set-Einsatz M3 aus Messing, der in einem Bauteil aus PA12 installiert und von einer Wand von etwa 5 mm umgeben ist, Anzugsmomente in der Größenordnung von 1–1,5 Nm aushalten. Der tatsächliche Wert kann jedoch in Abhängigkeit von der Geometrie, den Installationsbedingungen und den spezifischen Eigenschaften des Materials variieren. Für kritische Anwendungen ist es ratsam, Auszieh- und Momentbeständigkeitsprüfungen am Prototypbauteil unter Bedingungen durchzuführen, die für die betrieblichen repräsentativ sind. Für spezifische Anforderungen empfehlen wir, unseren technischen Service unter der Adresse info@weerg.com zu kontaktieren.
Ja, sofern man über die angemessene Ausrüstung verfügt. Der Vorgang erfordert in der Regel wenige Sekunden für jeden Einsatz, muss jedoch sorgfältig durchgeführt werden, um die korrekte Ausrichtung, die Rechtwinkligkeit und die Installationstiefe zu gewährleisten und dabei zu vermeiden, das Bauteil zu verformen. Für hohe Volumina oder für Projekte, bei denen jedes Teil bereits montagebereit geliefert werden muss, ist es im Allgemeinen effizienter, die Installation dem Lieferanten des gedruckten Bauteils anzuvertrauen.
Die im 3D-Druck am weitesten verbreiteten metrischen Größen sind M2, M2,5, M3, M4, M5, M6 und M8. Die Einsätze sind aus Messing, Edelstahl und anderen Materialien verfügbar, mit unterschiedlichen Längen und Außengeometrien in Abhängigkeit von der Installationsmethode. Für spezifische Anwendungen sind auch kleinere Größen verfügbar, wie M1,6, oder größere, wie M10 und M12, wobei die Verfügbarkeit von der Art des Einsatzes und vom Hersteller abhängt. Die Wahl der Größe muss den Schraubendurchmesser, den im Bauteil verfügbaren Platz, die Stärke der umgebenden Wand und das erforderliche Anzugsmoment berücksichtigen.
Gewindeeinsätze können mit den meisten thermoplastischen MJF- und FDM-Polymeren verwendet werden, wobei die dem Material am besten entsprechende Art und Installationsmethode gewählt wird. Im Fall der Photopolymerharze erfordert die Installation größere Aufmerksamkeit. Da ausgehärtete Harze mit Wärme nicht erneut schmelzen, funktionieren Heat-Set-Einsätze nicht, weshalb Press-Fit-Einsätze oder Strukturklebstoffe verwendet werden. Bei 3D-gedruckten Metallbauteilen ist es hingegen im Allgemeinen vorzuziehen, das Gewinde direkt im Teil mittels Gewindeschneiden oder nachträglicher mechanischer Bearbeitung auszuführen. Weerg bietet die Installation von Gewindeeinsätzen auf Anfrage ausschließlich für die durch FDM und MJF realisierten Bauteile an.
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