Schroefpilaren, bouten en heat-set inserts gebruiken

In het vorige hoofdstuk heb je verschillende manieren bekeken om een behuizing af te sluiten. Een klikdeksel kan compact zijn, een schuifdeksel is handig zonder gereedschap en een geschroefd deksel is vaak de meest voorspelbare oplossing.

Maar zodra je voor schroeven kiest, ontstaat een nieuwe vraag:

Waar draai je die schroeven eigenlijk in?

Je kunt natuurlijk proberen een schroef rechtstreeks in een dunne kunststof wand te draaien. Dat werkt soms één of twee keer. Daarna kan het gat uitslijten, scheuren of zijn grip verliezen.

Een betere oplossing is om in de behuizing bewust stevige bevestigingspunten te ontwerpen. Zulke verhoogde bevestigingspunten worden vaak schroefpilaren genoemd. In Engelstalige tekeningen kom je ook de term boss of screw boss tegen.

Afhankelijk van hoe vaak je de verbinding wilt openen, kun je vervolgens kiezen voor:

• een schroef rechtstreeks in kunststof;
• een bout met een moer;
• of een metalen heat-set insert in het geprinte onderdeel.

In dit hoofdstuk bekijken we hoe je deze oplossingen in Tinkercad ontwerpt en vooral waarom je de ene methode soms beter kunt kiezen dan de andere.

Waarom een schroef niet zomaar ergens in de wand hoort

Stel dat je een deksel van een ESP32-behuizing met vier schroeven wilt vastzetten.

De wand van de behuizing is 2 mm dik.

Je zou in iedere hoek een gaatje in die wand kunnen maken en daar een kleine schroef in draaien.

Op het scherm lijkt dat misschien voldoende.

In werkelijkheid heeft de schroefdraad maar weinig kunststof om zich aan vast te houden. Bovendien staat de schroef dicht bij de rand van het materiaal.

Wanneer je de schroef iets te stevig aandraait, kan de wand:

• vervormen;
• splijten;
• of lokaal afbreken.

Daarom maken we liever een plaatselijke verdikking.

Dat is precies wat een schroefpilaar doet.

Wat een schroefpilaar eigenlijk is

Een schroefpilaar is meestal een cilindervormige verhoging aan de binnenkant van een behuizing.

In het midden zit een gat.

Van bovenaf ziet dat er ongeveer zo uit:

buitenwand

+----------------------+

| |

| ( O ) ( O ) |

| |

| |

| ( O ) ( O ) |

| |

+----------------------+

De buitenste cirkel is de pilaar.

De O in het midden is het gat voor de schroef.

De pilaar zorgt ervoor dat er rondom de schroef voldoende materiaal aanwezig is.

Hij kan daarnaast nog een tweede functie hebben: het ondersteunen of positioneren van het deksel.

Begin bij de schroef, niet bij de pilaar

Een logische fout is eerst een mooie pilaar tekenen en pas daarna bedenken welke schroef erin moet.

Het is meestal verstandiger om het omgekeerd te doen.

Bepaal eerst:

• welke schroef of bout je wilt gebruiken;
• welke diameter die heeft;
• hoeveel ruimte de kop nodig heeft;
• en hoe lang hij ongeveer moet zijn.

Pas daarna ontwerp je het bevestigingspunt.

Voor kleine elektronicabehuizingen kom je bijvoorbeeld vaak boutjes tegen in de orde van:

• M2;
• M2,5;
• M3.

De M geeft aan dat het om metrische schroefdraad gaat. Het getal verwijst grofweg naar de buitendiameter van de schroefdraad in millimeters.

Een M3-bout heeft dus een buitendiameter van ongeveer 3 mm.

Dat betekent niet dat ieder gat voor een M3-bout precies 3,0 mm moet zijn. Welke maat je nodig hebt, hangt af van de functie van het gat.

Niet ieder schroefgat heeft dezelfde functie

Dit onderscheid is belangrijk.

Een gat kan bijvoorbeeld dienen als:

• doorgangsgat;
• gat waarin een schroef direct in kunststof snijdt;
• gat voor een heat-set insert.

Voor ieder type gebruik je een andere diameter.

Een doorgangsgat

Bij een doorgangsgat moet de bout vrij door het onderdeel kunnen bewegen.

Een M3-bout hoeft daar dus niet in vast te grijpen.

Je maakt het gat daarom iets groter dan de schroef zelf.

Zo voorkom je dat kleine printafwijkingen ervoor zorgen dat de bout klemt.

Een gat voor direct schroeven in kunststof

Hier moet de schroef juist materiaal kunnen verdringen of binnendringen.

Het gat moet daarom kleiner zijn dan de buitendiameter van de schroef.

Hoeveel kleiner precies hangt af van:

• het type schroef;
• het filament;
• de printer;
• de laaghoogte;
• en hoe vaak je de verbinding wilt gebruiken.

Maak daarom liever eerst een teststuk dan dat je een theoretische maat blind overneemt.

Een gat voor een heat-set insert

Een insert heeft opnieuw een andere maat nodig.

De metalen insert moet tijdens het verwarmen gecontroleerd in het kunststof zakken.

Is het gat te groot, dan houdt de insert niet goed vast.

Is het gat te klein, dan moet je veel warmte en kracht gebruiken en kun je de pilaar beschadigen.

Daarom moet je bij inserts altijd uitgaan van de maatvoering van het specifieke type insert dat je daadwerkelijk gebruikt.

Een eenvoudige schroefpilaar maken in Tinkercad

Voor een eerste schroefpilaar heb je maar twee vormen nodig:

• een Cylinder als massief materiaal;
• een kleinere Cylinder die je als Hole instelt.

Stel dat je een eenvoudige pilaar wilt maken met:

• buitendiameter 8 mm;
• hoogte 8 mm;
• centraal gat ongeveer 3 mm.

Plaats eerst de massieve cilinder.

Plaats daarna de kleinere cilinder in het midden.

Selecteer beide vormen en gebruik Align.

Klik op de middelste uitlijnpunten in beide horizontale richtingen.

Daarmee weet je dat het gat werkelijk in het centrum van de pilaar staat.

Maak de kleine cilinder vervolgens een Hole en gebruik Group.

Je hebt nu een holle schroefpilaar.

Waarom uitlijnen hier belangrijker is dan het lijkt

Een gat dat een halve millimeter uit het midden staat, lijkt misschien onschuldig.

Maar daardoor blijft aan één zijde van de pilaar minder materiaal over.

Wanneer je vervolgens een schroef of insert monteert, wordt die dunne zijde eerder belast.

Het onderdeel kan daar:

• scheuren;
• openbarsten;
• of vervormen.

Bij kleine onderdelen telt iedere millimeter.

Gebruik daarom voor dit soort constructies zoveel mogelijk:

• exacte maten;
• Align;
• Duplicate;
• en de Ruler.

Niet omdat handmatig positioneren verboden is, maar omdat je daarmee fouten voorkomt die je pas na het printen ontdekt.

Hoe dik moet een schroefpilaar zijn?

Er bestaat geen universele maat voor iedere printer, schroef en toepassing.

Wel kun je praktisch redeneren.

Als je bijvoorbeeld een gat van ongeveer 3 mm maakt in een pilaar van 4 mm buitendiameter, blijft er rondom nauwelijks materiaal over.

Dat zal kwetsbaar worden.

Maak je dezelfde pilaar 8 of 9 mm in diameter, dan ontstaat aanzienlijk meer kunststof rondom het gat.

Maar groter is ook niet onbeperkt beter.

Een zeer dikke massieve pilaar:

• gebruikt meer materiaal;
• kan tijdens het printen anders krimpen dan de omliggende wand;
• neemt kostbare ruimte in de behuizing in.

Ontwerp dus niet zwaarder dan nodig.

Voor een kleine sensorbehuizing is een pilaar met enkele millimeters materiaal rondom het gat vaak een veel logischere start dan een enorm massief blok.

Daarna kun je op basis van een testprint verbeteren.

Laat een pilaar niet zomaar los in de bodem staan

Een hoge, dunne cilinder op een vlakke bodem kan relatief gemakkelijk afbreken wanneer er zijwaartse kracht op komt.

Je kunt hem sterker maken door hem met de wand te verbinden.

Bijvoorbeeld met een klein verstevigingsribje.

Van bovenaf kan dat ongeveer zo zijn:

wand

|

|____

| \ pilaar

| (O)

|

Het ribje vergroot de verbinding tussen:

• bodem;
• wand;
• en pilaar.

Dat is vooral nuttig wanneer de pilaar hoog is of wanneer tijdens montage kracht op de schroef komt.

Je hebt eerder gezien dat verstevigingen niet automatisch massief hoeven te zijn. Een klein driehoekig of rechthoekig ribje kan al veel verschil maken.

De hoogte van de pilaar bepaalt waar het deksel terechtkomt

Een schroefpilaar kan ook als aanslag voor het deksel functioneren.

Stel dat de bovenrand van de behuizing op 30 mm hoogte ligt.

Als de schroefpilaren tot precies dezelfde hoogte komen, kan het deksel daarop rusten.

Dat heeft voordelen:

• het deksel wordt ondersteund;
• je kunt het minder gemakkelijk naar binnen buigen;
• de kracht van de schroeven wordt direct via de pilaren opgenomen.

Maar de hoogte moet dan wel kloppen.

Een pilaar die 0,5 mm te hoog is, kan voorkomen dat het deksel rondom netjes op de wand aansluit.

Een pilaar die te laag is, ondersteunt het deksel juist niet.

Hier zie je opnieuw waarom toleranties niet alleen over gaten en schuifverbindingen gaan. Ook de verticale maatvoering telt mee.

Eerst voorspellen wat een te hoge pilaar doet

Maak voordat je verdergaat eens deze voorspelling.

Je hebt vier pilaren.

Drie zijn precies goed.

Eén pilaar is 0,7 mm hoger.

Wat verwacht je dat er gebeurt wanneer je het deksel met vier schroeven vastzet?

Waarschijnlijk zal het deksel rond die ene pilaar iets omhoog blijven staan of onder spanning komen.

Wanneer je de schroeven harder aandraait, probeer je die fout mechanisch weg te trekken.

Dat kan leiden tot:

• een krom deksel;
• spanning rondom het schroefgat;
• beschadiging van de pilaar;
• of een zichtbare kier elders.

De juiste oplossing is dan niet: harder aandraaien.

De juiste oplossing is: de maat corrigeren.

Rechtstreeks in kunststof schroeven

Voor een eenvoudige behuizing die je maar zelden opent, kun je een schroef rechtstreeks in de geprinte pilaar laten grijpen.

Dat houdt het ontwerp eenvoudig.

Je hebt dan geen:

• moer;
• metalen insert;
• of extra montagehandeling;

nodig.

Er zijn schroeven die speciaal bedoeld zijn voor kunststof, maar ook kleine zelftappende schroeven worden vaak voor lichte toepassingen gebruikt.

Het principe is dat de schroef tijdens het indraaien zelf een draad in het kunststof vormt.

Dit kan prima werken zolang je begrijpt wat de beperking is.

Iedere keer dat je de schroef verwijdert en opnieuw monteert, belast je dezelfde kunststof schroefdraad.

Na veel openen en sluiten kan die slijten.

Niet meteen volledig vastdraaien

Bij een geprinte schroefpilaar is "vast is vast" een belangrijk uitgangspunt.

Je hoeft een klein elektronica-deksel niet met grote kracht vast te zetten.

Draai de schroef totdat:

• de kop netjes op het deksel rust;
• het deksel niet meer beweegt;
• de verbinding gesloten is.

Daarna heeft harder aandraaien meestal weinig voordeel.

Je vergroot vooral het risico dat:

• de draad in het kunststof uitslijt;
• de pilaar scheurt;
• het deksel vervormt.

Een kleine schroevendraaier is hier soms zelfs prettiger dan een krachtige accuschroevendraaier, omdat je beter voelt wat er gebeurt.

Een bout met een moer gebruiken

Een andere oplossing is een bout helemaal door de constructie laten gaan en aan de andere zijde een moer gebruiken.

Mechanisch is dat betrouwbaar.

De schroefdraad zit dan volledig in metaal.

Je kunt de verbinding bovendien vaak openen en sluiten zonder dat het kunststofgat zelf slijt.

Maar er zijn praktische nadelen.

Je moet bij de moer kunnen komen.

Bij een gesloten behuizing kan dat lastig zijn.

Bovendien wil je niet iedere keer met een tang of steeksleutel aan de binnenkant van je elektronicakastje zitten.

Daarom wordt soms een uitsparing gemaakt waarin de moer gevangen zit.

Een moer in een uitsparing vangen

Een zeskantmoer heeft een handige eigenschap: hij kan niet ronddraaien wanneer hij strak in een zeskantige uitsparing zit.

Je kunt daarom in een 3D-print een nut trap ontwerpen: letterlijk een vorm waarin de moer wordt gevangen.

In Tinkercad kun je daarvoor bijvoorbeeld een zeshoekige vorm als Hole gebruiken.

De moer schuif je tijdens of na de montage in die uitsparing.

Daarna kun je de bout vanaf de andere zijde aandraaien zonder de moer met gereedschap vast te houden.

Dit is vooral handig wanneer:

• je geen inserts hebt;
• je een stevige metalen draad wilt;
• en er voldoende ruimte voor een moer aanwezig is.

Laat ook rond een moer tolerantie over

Een echte M3-moer heeft een bepaalde maat tussen de vlakke zijden.

Het is verleidelijk om de uitsparing exact die maat te geven.

Maar dan kom je opnieuw hetzelfde probleem tegen als bij het deksel.

Exact passend in CAD betekent niet automatisch passend uit de printer.

Geef de moer daarom een kleine hoeveelheid speling.

Niet zoveel dat hij kan ronddraaien.

Wel genoeg om hem zonder extreem veel kracht in de uitsparing te plaatsen.

Een klein proefblokje met verschillende zeshoekige gaten is hiervoor veel sneller te printen dan een complete behuizing.

Waarom heat-set inserts zo handig zijn

Voor behuizingen die je vaker wilt openen, zijn heat-set inserts een aantrekkelijke oplossing.

Een heat-set insert is een klein metalen busje met binnendraad.

De buitenkant heeft ribbels of kartels.

Je verwarmt de insert en drukt hem vervolgens in een passend gat in het kunststof.

Door de warmte wordt het filament plaatselijk zacht.

De insert zakt in de pilaar.

Wanneer het kunststof weer afkoelt, zit de metalen insert mechanisch opgesloten.

Je hebt dan in feite metalen schroefdraad in je 3D-geprinte onderdeel gekregen.

Waarom dat beter kan zijn dan direct in kunststof schroeven

Stel dat je een ESP32-behuizing tijdens de ontwikkeling twintig keer opent.

Bij een schroef die rechtstreeks in kunststof draait, wordt het gat iedere keer opnieuw belast.

Bij een heat-set insert draait de bout steeds in metalen draad.

Dat is veel geschikter voor een verbinding die regelmatig open en dicht gaat.

Daarnaast voelt het monteren meestal voorspelbaarder.

Je voelt duidelijker wanneer de bout aangrijpt en hoeft geen nieuwe draad in kunststof te snijden.

Voor een nette Werkplaats-behuizing die je wilt kunnen onderhouden, kan dat een waardevolle verbetering zijn.

Een insert is geen reparatie voor een te dunne pilaar

Omdat de insert van metaal is, kan de indruk ontstaan dat de constructie automatisch zeer sterk wordt.

Maar de insert moet nog steeds door kunststof worden vastgehouden.

Wanneer je een grote insert in een heel dun wandje probeert te plaatsen, heeft het metalen deel nauwelijks materiaal om zich heen.

De pilaar kan dan alsnog:

• splijten;
• vervormen;
• of volledig loskomen.

Ontwerp daarom eerst voldoende kunststof rondom de insert.

Pas daarna profiteer je van de metalen schroefdraad.

Meet de insert die je werkelijk hebt

Niet iedere M3 heat-set insert heeft dezelfde buitenmaat of lengte.

Dat is belangrijk.

M3 zegt vooral iets over de binnendraad voor de bout.

De buitenkant van de insert kan per fabrikant en type verschillen.

Meet daarom met een schuifmaat:

• buitendiameter;
• lengte;
• eventueel de vorm van de uiteinden.

Gebruik bij voorkeur de technische tekening van de fabrikant wanneer die beschikbaar is.

Ontwerp vervolgens je testgat voor precies die insert.

Ga niet uit van de gedachte:

Het is M3, dus een gat van 3 mm zal wel kloppen.

Dat is vrijwel zeker niet de juiste redenering.

Een pilaar voor een heat-set insert ontwerpen

Stel dat je insert ongeveer 5 mm lang is.

Dan moet de pilaar hoog genoeg zijn om die insert volledig op te nemen zonder dat hij door de bodem heen komt.

Je zou bijvoorbeeld een pilaar van 7 of 8 mm hoog kunnen ontwerpen.

Daarmee houd je onder de insert nog materiaal over.

Het gat maak je iets kleiner dan de buitenmaat van de insert, afhankelijk van het type insert en de aanbeveling van de fabrikant.

Maak liever eerst drie kleine testpilaren.

Bijvoorbeeld met gaten die telkens 0,1 of 0,2 mm van elkaar verschillen.

Daarna kun je zien:

• welke insert gemakkelijk centreert;
• welke maat voldoende kunststof laat vloeien;
• welke verbinding na afkoelen stevig zit.

Dat is een veel betere methode dan meteen vier inserts in je definitieve behuizing proberen te plaatsen.

Maak het gat niet onnodig diep

Een te diep gat lijkt misschien geen probleem.

Maar bij het plaatsen van een insert kan gesmolten kunststof naar beneden worden geduwd.

Wanneer daar nergens ruimte voor is, kan de insert moeilijk op de juiste diepte komen.

Sommige ontwerpers maken daarom iets extra ruimte onder de insert.

Hoeveel nodig is, hangt af van de vorm van de insert en je print.

Het belangrijkste is dat je nadenkt over wat er met het zachte kunststof gebeurt wanneer de insert naar binnen beweegt.

Materiaal verdwijnt niet.

Het moet ergens naartoe.

Een kleine afschuining kan helpen

Aan de bovenkant van het gat kun je een kleine afschuining of verbreding maken.

Dat helpt om de insert te centreren voordat hij in het kunststof zakt.

In Tinkercad kun je dat bijvoorbeeld maken met:

• een Cone als Hole;
• of een tweede korte cilinder met een iets grotere diameter.

De bedoeling is niet om een grote trechter te maken.

Een kleine invoeropening is meestal voldoende.

Daardoor is de kans kleiner dat je de insert scheef begint in te drukken.

Het gevaar van een scheef geplaatste insert

Wanneer een insert eenmaal scheef in zacht kunststof zit, is corrigeren lastig.

Je kunt hem opnieuw verwarmen, maar daarmee maak je het omliggende materiaal opnieuw zacht.

De pilaar kan daardoor steeds verder vervormen.

Neem daarom tijdens het plaatsen de tijd om te controleren of de insert:

• recht boven het gat staat;
• recht naar beneden beweegt;
• niet zijwaarts wordt gedrukt.

Een insert die een paar graden scheef staat, kan later voldoende zijn om een boutgat in het deksel niet meer netjes te laten uitlijnen.

Heat-set inserts plaatsen met warmte

Een heat-set insert wordt doorgaans met een verwarmd metalen gereedschap in het kunststof gebracht.

Vaak wordt daarvoor een soldeerbout gebruikt met een passende insert-tip.

Het doel is niet om de insert zo heet mogelijk te maken.

Je wilt alleen voldoende warmte overbrengen om het kunststof rond de insert gecontroleerd zacht te maken.

Te veel warmte kan ervoor zorgen dat:

• de pilaar inzakt;
• omliggende kunststof vervormt;
• de insert veel te diep wegzakt.

Werk daarom rustig en oefen eerst op een proefstuk.

Een speciale insert-tip kan prettig zijn omdat die de insert beter centreert dan een gewone scherpe soldeerpunt.

Niet met je vingers corrigeren

Een metalen insert die net met een soldeerbout is verwarmd, kan ernstige brandwonden veroorzaken.

Ook wanneer het onderdeel er klein en onschuldig uitziet.

Raak de insert daarom niet direct aan om hem "nog even recht te zetten".

Laat hem eerst afkoelen.

Zorg bovendien dat je het geprinte onderdeel stabiel neerlegt voordat je begint.

Je wilt tijdens het plaatsen niet tegelijk:

• de soldeerbout vasthouden;
• het hete insertje corrigeren;
• en voorkomen dat de behuizing over tafel schuift.

Een eenvoudige houder of vlak werkoppervlak maakt dit veiliger en nauwkeuriger.

Niet iedere kunststof reageert hetzelfde

PLA en PETG reageren verschillend op warmte.

PLA wordt bij relatief lage temperatuur al zacht en kan daardoor gemakkelijk rond een insert vervormen.

PETG is taaier en gedraagt zich anders tijdens het verwarmen.

De exacte werkwijze hangt daarnaast af van:

• je filamentmerk;
• insert;
• soldeerbout;
• tip;
• en de grootte van de pilaar.

Daarom heeft één universele temperatuur weinig waarde als ontwerprecept.

Test eerst op afvalmateriaal of een speciaal proefstuk.

Kijk naar het resultaat in plaats van alleen naar het getal op het display van de soldeerbout.

Een goede test is destructief

Je hoeft een proefstuk niet netjes te bewaren.

Sterker nog: probeer de insert er eens uit te trekken of de bout stevig te belasten.

Bekijk daarna wat er bezwijkt.

Komt de insert netjes uit het kunststof?

Scheurt de hele pilaar?

Trekt de bout uit de metalen draad?

Je leert daar meer van dan van alleen constateren:

Hij zit vast.

Voor een lichte sensorbehuizing hoef je natuurlijk geen laboratoriumtest te bouwen. Maar bewust iets verder belasten dan normaal gebruik geeft wel informatie over je veiligheidsmarge.

Schroefpilaren voor een printplaat

Schroefpilaren zijn niet alleen bedoeld voor een deksel.

Je kunt hetzelfde principe gebruiken om een printplaat in de behuizing vast te zetten.

Stel dat je een klein ESP32-board met vier montagegaten hebt.

Je kunt onder ieder montagegat een pilaar plaatsen.

De printplaat rust dan enkele millimeters boven de bodem.

Dat heeft meerdere voordelen:

• soldeerpunten raken de bodem niet;
• bedrading kan eventueel onder de printplaat lopen;
• de printplaat blijft op een vaste positie;
• connectoren blijven uitgelijnd met de openingen in de wand.

Hierbij moet je opnieuw rekening houden met toleranties.

Vier montagegaten die theoretisch exact boven vier pilaren liggen, kunnen in werkelijkheid toch net niet passen.

Geef printplaatgaten enige bewegingsruimte

Wanneer je een bout door een printplaat laat gaan, hoeft die bout meestal niet strak in het montagegat te zitten.

Een klein beetje speling maakt montage eenvoudiger.

Hetzelfde geldt voor de positie van de pilaren.

Meet niet alleen één afstand.

Controleer bijvoorbeeld:

• afstand tussen de linker en rechter gaten;
• afstand tussen voorste en achterste gaten;
• afstand van de gaten tot de randen van de printplaat.

Meet indien mogelijk meerdere keren.

Een fout van één millimeter kan betekenen dat drie bouten prima passen en de vierde niet.

Gebruik één pilaar als uitgangspunt

Wanneer je vier identieke pilaren nodig hebt, maak er dan niet vier afzonderlijk.

Ontwerp één goede pilaar.

Controleer:

• diameter;
• hoogte;
• gat;
• versteviging.

Selecteer hem daarna en gebruik Duplicate.

Verplaats de kopieën met exacte afstanden.

Als de plaatsing symmetrisch is, kun je ook Mirror gebruiken.

Het voordeel is dat iedere pilaar dezelfde constructie houdt.

Pas je later bijvoorbeeld de diameter aan, dan weet je bovendien welke maat je als uitgangspunt hebt gebruikt.

Laat ruimte vrij voor de schroevendraaier

Een schroef kan perfect bereikbaar lijken wanneer het deksel nog niet gemonteerd is.

Maar denk ook aan het gereedschap.

Een schroevendraaier heeft ruimte boven de schroefkop nodig.

Bij een printplaat kan een hoge condensator of connector vlak naast de schroef zitten.

Bij een deksel kan een opstaande rand het gereedschap blokkeren.

Controleer daarom niet alleen:

Past de schroef?

maar ook:

Kan ik hem werkelijk monteren?

Dat geldt zeker bij kleine behuizingen waarin iedere millimeter ruimte wordt benut.

Let op kabels rond schroefpilaren

Een pilaar lijkt op het scherm een klein onderdeel.

In een compacte behuizing kan hij echter precies op de plaats komen waar je later een kabel wilt laten lopen.

Vooral in de hoeken gebeurt dit vaak.

Je plaatst daar een pilaar omdat het logisch is voor het deksel, maar vervolgens blijkt:

• de USB-kabel niet meer te passen;
• een JST-stekker geblokkeerd;
• of een draad scherp om de pilaar heen te moeten buigen.

Gebruik daarom opnieuw eenvoudige modellen van je elektronica en bedrading.

Je hoeft niet iedere draad exact in Tinkercad te tekenen.

Maar je moet wel kunnen zien of een pilaar een belangrijke route blokkeert.

Hoeken zijn niet automatisch de beste plek

Vier schroeven in vier hoeken voelen vanzelfsprekend.

Maar soms zitten juist daar:

• connectoren;
• bevestigingsoren;
• kabelwartels;
• sensoren.

Je mag de bevestigingspunten gerust iets naar binnen verplaatsen.

Belangrijker is dat het deksel:

• goed wordt ondersteund;
• voldoende wordt vastgeklemd;
• en bereikbaar blijft.

Ontwerp de pilaren daarom rond de elektronica, niet andersom.

Voorkom extreem lange schroeven

Een veel te lange bout kan aan de binnenzijde uitsteken.

Dat is niet alleen onhandig.

Bij elektronica kan een metalen schroef in de buurt komen van:

• soldeerpunten;
• printbanen;
• connectoren.

Dat kan mechanische schade of zelfs een elektrische kortsluiting veroorzaken.

Kies daarom een boutlengte die past bij:

• dikte van het deksel;
• eventuele verzinking;
• lengte van de insert;
• gewenste inschroefdiepte.

Controleer dit vóór montage.

Een langere bout is niet automatisch sterker.

Een eenvoudige maatketen maken

Bij een geschroefd deksel heb je verschillende maten die bij elkaar optellen.

Stel:

• deksel: 2 mm dik;
• kop van de bout blijft bovenop;
• insert begint direct onder het deksel;
• gewenste inschroefdiepte: ongeveer 4 mm.

Dan moet de bout voldoende lang zijn om door het deksel heen in de insert te grijpen.

Maar niet zoveel langer dat hij onder de insert uitkomt.

Schrijf zulke maten gerust even op.

Dat is een eenvoudige vorm van een maatketen: een reeks maten die samen bepalen of onderdelen in de praktijk passen.

Je hoeft daar geen ingewikkelde werktuigbouwkundige berekening van te maken.

Een simpele schets op papier kan al voorkomen dat je de verkeerde boutlengte bestelt.

Maak een teststrip voor gaten en inserts

Een van de nuttigste kleine hulpmiddelen voor je eigen printer is een teststrip.

Maak bijvoorbeeld een blokje met vijf pilaren.

Iedere pilaar krijgt een iets andere gatdiameter.

Bijvoorbeeld oplopend met stappen van 0,1 mm.

Zet eventueel kleine verhoogde cijfers naast de pilaren zodat je na het printen nog weet welke maat je test.

Plaats daarna in iedere pilaar hetzelfde type insert.

Controleer:

• hoeveel kracht nodig is;
• of de pilaar vervormt;
• hoe recht de insert blijft;
• hoe stevig hij na afkoelen zit.

Bewaar het beste resultaat.

Dan heb je de volgende keer een eigen praktische referentiemaat voor:

• jouw printer;
• jouw filament;
• jouw insert.

Dat is vaak waardevoller dan een willekeurige maat van internet.

Verander bij testen één ding tegelijk

Dit principe blijft terugkomen omdat het zo nuttig is.

Stel dat een insert slecht blijft zitten.

Verander dan niet tegelijkertijd:

• gatdiameter;
• pilaardiameter;
• temperatuur;
• inserts;
• filament.

Dan weet je achteraf niet waardoor het beter of slechter werd.

Begin bijvoorbeeld alleen met de gatdiameter.

Wanneer je daar een goede maat voor hebt gevonden, kun je eventueel de plaatsingstechniek verder verbeteren.

Zo bouw je kennis op die je bij volgende behuizingen opnieuw kunt gebruiken.

Een praktische oefening voor De Werkplaats

Maak in Tinkercad een klein testplaatje van ongeveer 60 × 30 × 3 mm.

Plaats daarop drie verschillende bevestigingspunten.

Pilaar 1 — Direct in kunststof

Maak een eenvoudige pilaar met een klein voorgat.

Deze gebruik je met een geschikte schroef die zelf in het kunststof grijpt.

Pilaar 2 — Moer

Maak een doorgangsgat en ontwerp aan de onder- of zijkant een zeshoekige uitsparing waarin een passende moer wordt vastgehouden.

Pilaar 3 — Heat-set insert

Maak een pilaar met een gat dat past bij de insert die je hebt.

Meet de insert eerst.

Print het testplaatje.

Voorspel vóór montage:

Welke verbinding verwacht ik dat het vaakst open en dicht kan zonder merkbaar te slijten?

Monteer daarna iedere verbinding een aantal keren.

Observeer:

• hoeveel kracht nodig is;
• of het kunststof beschadigt;
• hoe gemakkelijk de schroef aangrijpt;
• hoeveel speling je voelt;
• of de pilaar zichtbaar vervormt.

Je zult waarschijnlijk merken dat iedere methode zijn eigen sterke en zwakke punten heeft.

Wanneer kies je welke methode?

Voor een behuizing die je maar één of enkele keren opent, kan rechtstreeks schroeven in kunststof voldoende zijn.

Het ontwerp blijft eenvoudig en goedkoop.

Een bout met moer is handig wanneer je:

• een sterke metalen verbinding wilt;
• ruimte hebt voor de moer;
• en de achterkant bereikbaar is of de moer kunt opsluiten.

Heat-set inserts zijn vooral aantrekkelijk wanneer:

• je de behuizing regelmatig wilt openen;
• je een nette herbruikbare schroefdraad wilt;
• en je bereid bent wat extra aandacht aan ontwerp en montage te besteden.

De beste techniek is dus niet automatisch de meest geavanceerde.

Het is degene die past bij het gebruik van je behuizing.

Denk aan onderhoud over twee jaar

Tijdens het ontwerpen voelt een extra insert of moer misschien als onnodig werk.

Maar probeer je voor te stellen dat je de behuizing twee jaar later weer in handen krijgt.

Je weet misschien niet meer precies:

• hoe de klikverbinding werkte;
• hoeveel kracht het kunststof kon verdragen;
• welke schroef ooit zelf draad heeft gesneden.

Een gewone metrische bout in een metalen insert is dan heel voorspelbaar.

Je draait hem los.

Je doet je onderhoud.

Je draait hem weer vast.

Voor projecten die lang gebruikt moeten worden, is die voorspelbaarheid vaak belangrijker dan een paar minuten winst tijdens de eerste montage.

Een bevestiging is onderdeel van het ontwerp

Schroeven en inserts worden soms behandeld alsof ze pas na het 3D-ontwerp worden toegevoegd.

Maar hun afmetingen bepalen juist allerlei onderdelen van de behuizing:

• de diameter van de pilaren;
• de positie van elektronica;
• de ruimte onder het deksel;
• de wandverstevigingen;
• de benodigde boutlengte.

Kies je bevestigingsmethode daarom vroeg genoeg.

Als je pas na het printen bedenkt dat je M3-inserts wilt gebruiken, kan blijken dat je pilaren daarvoor simpelweg te dun zijn.

Dan moet je alsnog terug naar Tinkercad.

Dat is op zichzelf geen ramp, maar vooraf nadenken bespaart een printcyclus.

Wat je uit dit hoofdstuk kunt meenemen

Een geschroefd deksel wordt pas betrouwbaar wanneer de schroeven een goed ontworpen bevestigingspunt hebben.

Een schroefpilaar geeft lokaal voldoende materiaal rondom een schroef en kan tegelijk het deksel of een printplaat ondersteunen. Maak het centrale gat bewust passend bij de functie: een doorgangsgat, rechtstreeks schroeven in kunststof en een heat-set insert vragen ieder om een andere maat.

Rechtstreeks in kunststof schroeven is eenvoudig en bruikbaar voor verbindingen die niet vaak geopend worden. Een bout met moer geeft sterke metalen schroefdraad, maar vraagt ruimte en bereikbaarheid. Heat-set inserts maken een nette, herbruikbare verbinding en zijn daardoor bijzonder geschikt voor behuizingen die je vaker wilt onderhouden.

Meet de hardware die je werkelijk gaat gebruiken, ontwerp rondom die maten en maak eerst kleine teststukken wanneer de passing belangrijk is. Vooral bij inserts kan een test met enkele verschillende gatdiameters veel materiaal en frustratie besparen.

En blijf hetzelfde uitgangspunt gebruiken dat bij het hele ontwerpen van behuizingen terugkomt:

voorspel wat er zal gebeuren, print een kleine test, observeer het resultaat en verander daarna één maat tegelijk.

Daarmee maak je van schroeven en bevestigingspunten geen details die je achteraf moet oplossen, maar een bewust onderdeel van de constructie.