LEARN · 2026-10-07
3D 列印零件怎麼鎖螺絲？自攻螺絲、熱熔銅螺母、六角螺帽槽與穿孔螺栓比較（含 M2–M5 孔徑表）
3D 列印件要鎖螺絲，孔該畫多大？比較自攻螺絲、熱熔銅螺母、嵌入六角螺帽與穿孔螺栓的強度、扭矩與重複拆裝次數，附 M2–M5 自攻孔、熱熔銅螺母孔徑（廠商參考值）、螺帽槽尺寸，以及鎖緊扭矩與墊圈面壓的計算。
四種鎖固方式總覽
塑膠的強度與硬度遠低於鋼製螺絲，所以 3D 列印件的鎖固重點不是「螺絲夠不夠強」，而是「塑膠會不會先被拉出、壓潰或滑牙」。常見做法有四種：直接用自攻螺絲鎖入、埋入熱熔銅螺母、在零件裡做六角螺帽槽，以及讓螺栓整個穿過再用螺帽鎖緊。
| 方式 | 拉拔強度 | 可承受扭矩 | 重複拆裝 | 安裝難度 | 成本 | 適用情境 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 自攻螺絲（直接鎖入） | ★★ | 低（M3 約 0.3–0.5 N·m） | 5–10 次後螺紋明顯磨損 | 最簡單 | 最低 | 外殼、蓋板、很少拆的位置 |
| 熱熔銅螺母 | ★★★★ | 中高（受限於螺母抗轉） | 數十次以上 | 需要烙鐵 | 低 | 常拆裝的產品、治具 |
| 嵌入六角螺帽 | ★★★★ | 高（鋼對鋼螺紋） | 幾乎不限 | 需設計槽，可能要暫停列印 | 最低 | 結構件、需要較大夾緊力 |
| 穿孔螺栓 + 螺帽 | ★★★★★ | 最高（受限於塑膠面壓） | 不限 | 兩側都要能施工 | 低 | 承重、夾緊、樞軸 |
星等是同尺寸螺絲在 PLA / PETG 中的相對比較；實際拉拔力取決於材料、外牆圈數、孔周壁厚與列印方向，差異可達數倍。需要可靠數值時，請以相同設定列印試片實測。
TIP很多產品會混用：外殼蓋板用自攻螺絲，需要反覆拆的維修蓋用熱熔銅螺母，承重的支架則用穿孔螺栓。
自攻螺絲直接鎖入：孔徑與凸台設計
最省事的方法是把孔畫得比螺絲小，讓螺絲鎖入時自己在塑膠上擠出螺紋。一般機械螺絲也能用，但專為塑膠設計的自攻螺絲（牙角較小、牙距較大，例如 PT 牙）擠壓應力較低、不容易撐裂凸台。
自攻孔徑 ≈ 0.9 · d（常用 0.85–0.95 · d） 嚙合深度 ≥ 2 · d 凸台外徑 ≥ 2.5 · d
| 規格 | 自攻孔徑 0.9d (mm) | 建議嚙合深度 (mm) | 凸台外徑 ≥ 2.5d (mm) | 上蓋通孔（FDM，ISO 273 中級 + 0.2） |
|---|---|---|---|---|
| M2 | 1.8 | 4 | 5 | 2.6 |
| M2.5 | 2.25 | 5 | 6.3 | 3.1 |
| M3 | 2.7 | 6 | 7.5 | 3.6 |
| M4 | 3.6 | 8 | 10 | 4.7 |
| M5 | 4.5 | 10 | 12.5 | 5.7 |
- 脆的材料（PLA）取較大孔（約 0.95 d）以免撐裂；韌性好的 PETG、尼龍可取 0.85 d 增加嚙合。
- 孔周圍用外牆而不是填充：外牆至少 3–4 圈，或在切片軟體中對螺絲孔局部加強。
- 讓螺絲軸線垂直於平台：鎖入時的環向應力會落在同一層內，不容易沿層線裂開。
- 孔口加 0.5 mm 倒角或沉頭，幫助螺絲對正，也避免孔口翻邊。
- 同一個孔不要反覆拆裝太多次；第二次鎖入時先反轉找到原本的螺紋再鎖緊。
TIP攻牙底孔與鑽孔表計算工具的「3D 列印自攻孔」欄位直接給出 0.9·d 的孔徑，並同時列出 ISO 273 通孔與沉頭孔尺寸。
熱熔銅螺母：孔徑表與安裝步驟
熱熔銅螺母（heat-set insert）是外表有滾花的黃銅螺母，用烙鐵加熱後壓入預留孔，周圍的塑膠融化後填進滾花再凝固，零件就有了金屬螺紋。它能承受反覆拆裝與較高的鎖緊扭矩，是功能件最常用的做法。
| 規格 | 建議孔徑 (mm，廠商參考值) | 螺母長度 L (mm) | 最小孔深 L + 1 (mm) | 建議凸台外徑 ≈ 2 × 孔徑 (mm) |
|---|---|---|---|---|
| M2 | 3.2 | 4 | 5 | 6.4 |
| M2.5 | 3.6 | 5.7 | 6.7 | 7.2 |
| M3 | 4 | 5.7 | 6.7 | 8 |
| M4 | 5.6 | 8.1 | 9.1 | 11.2 |
| M5 | 6.4 | 9.5 | 10.5 | 12.8 |
上表為常見標準款熱熔銅螺母（如 Ruthex、CNC Kitchen 規格）的廠商參考值，不同品牌、短版與長版的外徑和長度都不同，請以實際購買的螺母資料為準。孔要比螺母長度深約 1 mm，讓被擠開的塑膠有地方去，也避免螺母頂到孔底後歪斜。
- 烙鐵換上平頭或專用壓入頭，溫度設在該線材的列印溫度附近（PLA 約 200–220 °C）。
- 把螺母小端朝下放在孔口，烙鐵垂直對正後輕壓，靠熱量讓它自己下沉，不要用力硬推。
- 壓到略低於表面約 0.1–0.2 mm 時移開烙鐵，趁塑膠還軟時用金屬平板壓平，確保螺母與表面垂直。
- 冷卻後再鎖螺絲；若螺母空轉，代表孔太大或加熱過久，下次縮小孔徑 0.1 mm。
TIP孔周至少 3–4 圈外牆；螺母要裝在受拉的一側（螺絲把零件拉向螺母頭部方向），抗拉拔能力最好。攻牙底孔與鑽孔表也列出各規格的熱熔銅螺母參考孔徑。
嵌入六角螺帽槽：尺寸與列印技巧
直接在零件裡做一個六角形的槽，放入一般 ISO 4032 六角螺帽，就能得到鋼製螺紋，成本最低、強度也很高。螺帽被六角槽卡住不會轉動，所以只要從另一側鎖螺絲即可。
| 規格 | 螺帽對邊 s (mm) | 螺帽高 m (mm) | 槽對邊 s + 0.2–0.3 (mm) | 槽深 m + 0.2 (mm) | 槽對角 e (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| M2 | 4 | 1.6 | 4.2–4.3 | 1.8 | 4.91 |
| M2.5 | 5 | 2 | 5.2–5.3 | 2.2 | 6.06 |
| M3 | 5.5 | 2.4 | 5.7–5.8 | 2.6 | 6.64 |
| M4 | 7 | 3.2 | 7.2–7.3 | 3.4 | 8.37 |
| M5 | 8 | 4.7 | 8.2–8.3 | 4.9 | 9.53 |
對角 e = 對邊 / cos 30° ≈ 1.155 × 對邊 （CAD 用外接圓畫六角形時，要輸入 e 而不是對邊）
- 從上方放入的槽：螺絲孔在槽的上方時會變成懸空，可在槽頂留一層 0.2 mm 的犧牲層，列印後再用鑽頭打通。
- 從側面滑入的 T 型槽：槽寬取對邊 + 0.2–0.3 mm、槽高取螺帽高 + 0.2 mm，適合列印完成後才組裝。
- 孔軸水平時，把六角形的尖角朝上，頂部兩個面與水平成 60°，不需要支撐。
- 完全包覆的螺帽：在切片軟體設定「指定層暫停」（Marlin M600、Prusa M601、Klipper PAUSE），印到槽頂前放入螺帽再繼續。
TIP用六角螺帽生成器下載 ISO 4032 螺帽模型放進組立圖，在 CAD 裡加上 0.2–0.3 mm 間隙後直接做布林減去，就不會畫錯尺寸。
穿孔螺栓與螺帽：夾緊力與面壓
讓螺栓穿過整個零件、另一側用螺帽鎖緊，負載完全由鋼製螺栓承受，塑膠只負責被夾住，所以強度最高、也可無限次拆裝。這時唯一的限制是螺絲頭與螺帽下方的塑膠會不會被壓潰或潛變。
預緊力 F ≈ T / (K · d)（K ≈ 0.2） 面壓 p = F / A A = π/4 · (外徑² − 孔徑²)
| M3 鎖緊扭矩 | 預緊力 F | 內六角頭下面壓（A = 14.7 mm²） | 加 ISO 7089 墊圈（A = 29.4 mm²） |
|---|---|---|---|
| 0.3 N·m | 500 N | 34 MPa | 17 MPa |
| 0.4 N·m | 667 N | 45 MPa | 23 MPa |
| 0.5 N·m | 833 N | 57 MPa | 28 MPa |
以 M3 內六角螺絲（ISO 4762 頭徑 5.5 mm）配 ⌀3.4 mm 通孔計算：鎖到 0.4 N·m 時預緊力約 667 N，頭下面壓約 45 MPa，對 PLA、PETG 來說偏高，長時間會潛變而鬆脫；加一片 ISO 7089 平墊圈（外徑 7 mm）後承壓面積加倍、面壓降到約 23 MPa。這也是 M3 鎖入塑膠件建議 0.3–0.5 N·m、並一定要加墊圈的原因。
- 通孔：FDM 取 ISO 273 精級或中級再加 0.2 mm（M3 為 3.4–3.6 mm）；水平孔改淚滴形。
- 需要高夾緊力時，在孔中壓入金屬套管（壓縮限制器），讓夾緊力經由套管傳遞，塑膠不再承受面壓。
- 會振動的接頭使用尼龍嵌入式防鬆螺帽或螺紋膠（選用不侵蝕塑膠的類型）。
- 樞軸與鉸鏈用肩螺絲或在孔中加銅套，讓轉動發生在金屬面上。
TIP內六角螺絲、六角螺帽與墊圈生成器都可以直接下載 ISO 尺寸的 STEP，用於組立圖檢查干涉與鎖附空間；M6 以上也可選「3D 列印螺紋」模式直接列印螺紋。
常見問題
3D 列印零件的螺絲孔要畫多大？
以 M3 為例：自攻孔約 2.7 mm（0.9 d）；讓螺絲穿過的通孔 3.4–3.6 mm（ISO 273 再加 0.2 mm）；熱熔銅螺母孔依廠商資料，常見標準款為 4.0 mm；六角螺帽槽對邊 5.7–5.8 mm、深 2.6 mm。
熱熔銅螺母和自攻螺絲哪個好？
很少拆、受力小的位置用自攻螺絲最省事；需要反覆拆裝或較高扭矩時用熱熔銅螺母，螺紋是金屬的，可以拆裝數十次以上而不磨損。
沒有烙鐵可以裝熱熔銅螺母嗎？
不建議用其他方式硬壓，容易歪斜或撐裂。沒有烙鐵時，改用嵌入六角螺帽槽，同樣有鋼製螺紋、強度相當，而且不需要任何工具。
可以直接列印螺紋嗎？
可以，但建議 M6 以上：FDM 0.4 mm 噴嘴很難印出 M3 的 0.5 mm 牙距。本站螺絲與螺帽生成器有「3D 列印螺紋」模式，外螺紋縮小 0.15 mm、內螺紋加大 0.2 mm，並建議直立列印、層高 ≤ 0.12 mm。
鎖螺絲時零件裂開怎麼辦？
通常是孔太小、凸台太薄或螺絲軸線與層線平行。把自攻孔加大到 0.95 d、凸台外徑做到 2.5 d 以上、外牆增加到 4 圈，並讓螺絲軸線垂直於平台列印；同時控制扭矩並加墊圈。