Der er masser af mennesker derude, der 3D-printer tandhjul, men det kan være et problem at beslutte, hvilket filament du skal bruge til dem. Denne artikel vil guide dig til, hvad de bedste filamenter til tandhjul er, og hvordan du 3D-printer dem.

Hvis det er det, du leder efter, så læs videre for at få nyttige oplysninger om 3D-printede tandhjul.

Er 3D-printede tandhjul stærke nok?

Ja, 3D-printede tandhjul er stærke nok til mange almindelige mekanismer og til forskellige anvendelser. Materialer som nylon eller polycarbonat er at foretrække til print af tandhjul, da de er stærkere og mere holdbare. 3D-printede tandhjul kan foretrækkes frem for metalgear på grund af deres lavere vægt til robotprojekter eller udskiftninger.

Desuden kan du spare en masse tid ved at designe og printe dine egne dele, da det kan tage lang tid at bestille udskiftninger til nogle mekanismer.

På den anden side er 3D-printede tandhjul sandsynligvis for svage til tunge maskiner, uanset hvilken type filament du bruger, medmindre du printer dem i et professionelt center, der bruger meget stærke materialer.

Her er en eksempelvideo af en bruger, der med succes udskiftede et beskadiget plastikgear til en radiostyret bil med et 3D-printet nylonfilamentgear.

Afhængigt af hvad du vil bruge tandhjulene til, vil forskellige materialer give bedre resultater, og jeg vil gennemgå egnede materialer til 3D-printning af tandhjul i de følgende afsnit.

Kan PLA bruges til tandhjul?

Ja, PLA kan bruges til tandhjul, og det har fungeret med succes for mange brugere, der 3D-printer dem. Et eksempel på 3D-printede tandhjul fremstillet af PLA er fra en Gearet hjerte 3D-print, der indeholder bevægelige tandhjul. Den har over 300 gear, hvoraf mange er fremstillet af PLA. Til enkle tandhjulsmodeller fungerer PLA godt.

I dette tilfælde lavede brugerne tandhjulene af filamenter som CC3D Silk PLA, GST3D PLA eller Overture PLA, som kan findes på Amazon. Nogle PLA-typer, farver eller kompositter fungerer bedre end andre, og jeg vil vende tilbage til disse i det følgende afsnit.

PLA er ikke det stærkeste eller mest modstandsdygtige materiale, når det gælder holdbarhed og drejningsmoment (rotationskraft), og det deformeres ved temperaturer på over 45-500 °C, men det klarer sig overraskende godt i forhold til dets overkommelige pris, og det er et meget let at anskaffe sig materialet.

Se denne video, der tester styrken og holdbarheden af smurte PLA-gears.

Bedste filament til 3D-printning af tandhjul

Polycarbonat og nylon synes at være de bedste filamenter til 3D-printning af gear derhjemme på grund af deres holdbarhed og styrke. Polycarbonat har overlegne mekaniske egenskaber. Nylon er dog langt mere tilgængeligt og alsidigt, og derfor anses det ofte for at være det bedste filament, da flere mennesker bruger det.

Nedenfor følger en mere detaljeret beskrivelse af disse filamenter samt det meget populære PLA.

1. Polycarbonat

Polycarbonat er ikke et almindeligt filament, primært fordi det er lidt dyrere, og fordi du skal bruge en printer, hvis dysetemperatur kan nå op på 300 °C. Det kan dog stadig kategoriseres som et standardfilament, da mange mennesker bruger det til deres projekter derhjemme.

Polymaker PolyMax PC er et filamentmærke af høj kvalitet, som du kan få fra Amazon. Det er lettere at udskrive end mange andre polycarbonatfilamenter derude ifølge mange anmeldere.

En bruger beskrev det som let at arbejde med, selv på en Ender 3. Det er en komposit-pc, så du giver afkald på noget styrke og varmebestandighed for at få bedre printmuligheder. Polymaker har virkelig godt afbalanceret dette, og du behøver ikke engang et specielt bed eller kabinet for at få gode prints.

Der findes mange typer polycarbonatfilamenter, som varierer afhængigt af producenten, og som hver især har lidt forskellige egenskaber og krav.

Dette filament er meget stærkt og tåler temperaturer på op til 150 °C uden at deformere sig. Hvis du skal printe et tandhjul, som du ved vil blive varmt i mekanismen, er dette måske det bedste valg af materiale.

Til gengæld er det vanskeligere at udskrive, og det kræver høj varme fra både dyse og seng.

2. Nylon

Nylon er måske det mest populære valg til 3D-printning af gear derhjemme, og det er et af de bedste valg blandt de almindelige og prisvenlige filamenter på markedet.

Dette materiale er stærkt og fleksibelt og har en høj varmebestandighed, hvilket betyder at det kan fungere uden at deformere sig ved temperaturer på op til 120°C.

Det er også holdbart, og en bruger har nævnt, at et erstatningsgear, der blev 3D-printet i nylon, holdt i over 2 år. Det er dog dyrere end PLA, og det er lidt sværere at printe, men der findes mange vejledninger og instruktioner online, som kan hjælpe dig med at printe holdbare gear.

En underkategori af nylonfilamenter er kulfiberforstærket nylon. Dette er angiveligt stærkere og stivere end normale nylonfilamenter, men brugernes meninger er blandede i dette tilfælde.

Jeg vil anbefale at vælge noget som SainSmart Carbon Fiber Filled Nylon Filament fra Amazon. Mange brugere elsker dets styrke og holdbarhed.

Nogle populære mærker, der tilbyder nylon- og kulfiber-nylonfilamenter, er MatterHackers, ColorFabb og Ultimaker.

Et andet godt nylonfilament, som du kan få til 3D-printning af telefonetuier, er Polymaker Nylon Filament fra Amazon. Det er rost af brugerne for dets sejhed, lethed til at printe og æstetik.

En ulempe ved nylon er, at det har en høj fugtabsorption, så du skal sørge for at opbevare det korrekt og holde det så tørt som muligt.

Nogle anbefaler at udskrive direkte fra en opbevaringsboks med fugtighedsstyring, f.eks. SUNLU Filament Dryer fra Amazon.

3. PLA

PLA er uden tvivl det mest populære 3D-printfilament generelt, og det gør det bredt tilgængeligt både med hensyn til pris og finish.

Med hensyn til gear klarer det sig godt, selv om det ikke er lige så stærkt eller modstandsdygtigt som nylon. Det bliver blødt, når det udsættes for temperaturer over 45-50oC, hvilket ikke er ideelt, men det er ikke desto mindre ret holdbart.

Som tidligere nævnt kan du vælge nogle gode PLA-trådfilamenter som f.eks:

• CC3D Silk PLA
• GST3D PLA
• Ouverture PLA

I lighed med nylonfilamenter findes der forskellige varianter og kompositter af PLA, hvoraf nogle er stærkere end andre. I videoen nedenfor ses der på forskellige materialer og kompositter, og hvordan de reagerer på drejningsmoment (eller rotationskraft), og deres styrke sammenlignes med udgangspunkt i forskellige typer PLA.

I videoen nedenfor ses PLA's holdbarhed efter 2 års daglig brug (med denne Fusion 360-fil som eksempel).

Mange mennesker bruger PLA til mindre komplekse projekter (som f.eks. Geared Heart, der er nævnt ovenfor), og til denne type projekter er dette filament et godt valg.

Nogle gange printede folk midlertidige erstatningsgear ud af PLA til mere komplekse maskiner med et vellykket resultat.

4. PEEK

PEEK er et filament på meget højt niveau, som kan bruges til 3D-printning af tandhjul, men det kræver en specialiseret 3D-printer og en mere professionel opsætning.

En af de vigtigste egenskaber ved PEEK er, hvor stærkt det er, og det er i øjeblikket det stærkeste filament på markedet, som du kan købe og 3D-printe derhjemme, selv om det kan være svært at få de rigtige printbetingelser.

Da PEEK bruges i luftfarts-, medicinal- og bilindustrien, vil 3D-printning af tandhjul af dette materiale give dig exceptionelle resultater. Det er dog meget dyrt og koster omkring 350 USD for 500 g. Det er også svært at printe hjemme, og derfor er det måske ikke det ideelle valg.

Se denne video, der giver en introduktion til PEEK.

Du kan se lignende til salg hos Vision Miner.

Hvordan gør man 3D-printede tandhjul stærkere?

For at gøre dine 3D-printede tandhjul stærkere, du kan kalibrere din printer, udskrive tandhjulene med forsiden nedad for at undgå at få støttepunkter, justere udskriftstemperaturen for at sikre, at filamentet binder godt, justere infillindstillingerne og lave færre tænder, så hver tand kan udskrives tykkere og stærkere.

Kalibrere din printer

Som med enhver udskrivning bør en korrekt kalibrering af printeren hjælpe dig med at gøre dine 3D-printede tandhjul stærkere og mere dimensionelt nøjagtige.

For det første skal du være omhyggelig med udjævning af bedet og dyseafstanden fra bedet, så du kan få et stærkt første lag og en god laghæftning for dit udstyr.

For det andet skal du kalibrere E-Steps og Flow Rate, så du kan få den rigtige mængde filament til at strømme gennem ekstruderen og undgå klumper eller huller i dine 3D-printede tandhjul, hvilket kan gå ud over deres integritet. Her er en video, der forklarer, hvordan du foretager denne kalibrering.

Udskriv gearet med forsiden nedad

Print altid dine tandhjul med bagsiden nedad, så tandhjulets tænder rører ved den opbyggede plade. Det giver et tandhjul med stærkere tænder, da lagklæbningen er mere sikker. Det reducerer også behovet for understøtninger, som, når de fjernes, kan skade tandhjulets integritet.

Her er en video, der forklarer udskriftsorientering mere detaljeret.

Hvis du har et tandhjul med en montering, skal du altid udskrive tandhjulet nederst med monteringen øverst, som vist i videoen nedenfor.

Kalibrering af udskriftstemperaturen

Du skal finde den bedste temperatur for at få filamentet til at smelte ordentligt og holde fast i sig selv. Du kan gøre dette ved at udskrive et temperaturkalibreringstårn fra Thingiverse.

Der er en nyere teknik til at opsætte et temperaturkalibreringstårn via Cura. Se videoen nedenfor for at se, hvordan du kan gøre dette for din egen 3D-printer.

Hvis du hæver temperaturen uden en kalibreringstest, kan du øge temperaturen for at smelte filamentet mere og få lagene til at binde bedre sammen. Normalt virker det godt at øge temperaturen med 5-10 °C, hvis du oplever sådanne problemer.

Dette kan kombineres med at mindske eller helt fjerne køling for at opnå en bedre laghæftning. Hvis dette ikke virker til at gøre dine gear stærkere, bør du dog foretage en kalibreringstest.

Juster indstillinger for udfyldning

Generelt skal du have en fyldningsværdi på mindst 50 % for at opnå en god styrke for redskabet, men værdien kan variere afhængigt af fyldningsmønsteret.

Nogle brugere anbefaler 100 % fyldning til mindre gear, mens andre anbefaler, at alt over 50 % virker, og at en høj fyldningsprocent ikke gør nogen forskel. Det er blevet foreslået, at trekantfyldningsmønsteret er godt at bruge, da det giver en stærk intern støtte.

En indstilling for udfyldning, der vil gøre dit udstyr stærkere, er Procentvis overlapning af udfyldning, som måler overlapningen mellem udfyldningen og modellens vægge. Jo højere procentdel, jo bedre er forbindelsen mellem væggene og udfyldningen.

Indstillingen Infill Overlap er som standard indstillet til 30 %, så du bør gradvist øge den, indtil du ikke længere kan se nogen huller mellem fyldningen og kanten af dit udstyr.

3D-print af tandhjul med færre tænder

Et mindre antal tænder på et tandhjul betyder større og stærkere tænder, hvilket igen betyder et stærkere samlet tandhjul. Mindre tænder er mere tilbøjelige til at gå i stykker, og de er vanskeligere at udskrive præcist.

Tændernes tykkelse på dit tandhjul bør være 3-5 gange den cirkulære stigning, og hvis tandhjulets bredde øges proportionalt, øges dets styrke.

Hvis dit projekt tillader det, skal du altid vælge det mindste antal tænder, der er nødvendigt. Her er en mere detaljeret vejledning i, hvordan du kan konstruere tandhjul med henblik på maksimal styrke.

Der findes et rigtig fedt websted kaldet Evolvent Design, hvor du kan lave dit eget design af gear og downloade STL-filen til 3D-print.

Hvordan smører man PLA-gear?

For at smøre tandhjul skal du bruge fedt eller olie til at dække tandhjulene, så de roterer og glider lettere. Populære smøremidler til 3D-printede tandhjul omfatter lithium-, silikone- eller PTFE-baserede smøremidler. De fås i applikatorflasker og sprays, afhængigt af hvad du foretrækker.

Til PLA er det f.eks. bedst at vælge et lettere smøremiddel, selv om de ovennævnte fedtstoffer også er blevet anvendt i vid udstrækning med tilfredsstillende resultater.

Forskellige typer smøremidler har forskellige måder at påføre dem på. Lithiumfedt påføres direkte på tandhjulene, mens PTFE normalt kommer i sprayform. Påfør det valgte smøremiddel, og drej tandhjulene for at sikre, at rotationen er jævn.

Nogle smøremidler med gode anmeldelser omfatter Super Lube 51004 Synthetic Oil with PTFE, STAR BRITE White Lithium Grease eller endda kosmetisk Vaseline. Super Lube er sandsynligvis den mest populære løsning til 3D-udskrifter, da den har over 2.000 vurderinger, hvoraf 85 % er 5 stjerner eller derover i skrivende stund.

Mange 3D-printerbrugere bruger Super Lube til en række dele som f.eks. hængsler, lineære skinner, stænger m.m. Dette ville være et fantastisk produkt til også at bruge til 3D-printede tandhjul.

Du bør rengøre og smøre tandhjulene med jævne mellemrum for at sikre, at mekanismen fungerer problemfrit (se denne vejledning for at få flere oplysninger om rengøringsprocessen for trykte tandhjul).

Kan du 3D-printe et ormegear?

Ja, du kan 3D-printe sneglehjul. Folk har brugt forskellige materialer til sneglehjul, hvor nylon er det mest populære valg, da det er stærkere og mere holdbart, efterfulgt af PLA og ABS, som fungerer meget bedre, når de er smurte. Brugere anbefaler at printe dem på 450 for at undgå overdreven snoning og støttepunkter.

En bruger har også brugt PETG til at printe et sneglehjul til deres bilviskere, som har fungeret i over 2,5 år.

Her er en video, der tester holdbarheden og styrken af både tørre og smurte sneglehjul fremstillet af PLA, PETG og ABS ved høje hastigheder.

Selv om det er meget muligt, kan det være lidt vanskeligt at designe og udskrive sneglehjul korrekt, da du har brug for præcision og holdbarhed.

Desuden kan det også være vanskeligt at smøre tandhjulene, da smøremidlet har en tendens til at blive fjernet under rotationsprocessen, hvilket efterlader tandhjulet ubeskyttet. Derfor er nylon normalt det første valg til sneglehjul, da det ikke kræver yderligere smøring.

Kan man lave 3D-print af tandhjul i harpiks?

Ja, det er muligt at 3D-printe tandhjul med succes og få noget ud af dem. Jeg vil anbefale dig at købe en speciel teknisk harpiks, der kan modstå meget mere kraft og drejningsmoment end normal harpiks. Du kan også blande noget fleksibel harpiks i for at gøre det mindre skørt. Undgå at hærde delene for længe.

Videoen nedenfor af Michael Rechtin er en virkelig cool eksperimentel test af en 3D-printet planetgearkasse ved hjælp af både harpiks og FDM 3D-printning. Han brugte Tough PLA & ABS-Like Resin til denne test.

En bruger nævnte, at deres erfaring med 3D-printede tandhjul var, at tandhjul i harpiks faktisk kan være stærkere end FDM-gear. De havde to applikationer, hvor tænderne på de 3D-printede FDM-gear skæred af, men det gik godt med de hårde 3D-print i harpiks.

Tandhjulene holdt omkring 20 timer, før de knækkede eller deformerede sig. De endte med at skifte til remskiver og remme for at opnå bedre resultater i deres projekt, som har kørt med succes i over 3.000 timer.