Es gibt viele Leute, die Zahnräder 3D-drucken, aber es kann ein Problem sein, zu entscheiden, welches Filament für sie zu verwenden. Dieser Artikel wird Ihnen helfen, die besten Filamente für Zahnräder zu finden und wie man sie 3D-druckt.

Wenn es das ist, wonach Sie suchen, dann lesen Sie weiter, um einige nützliche Informationen über 3D-gedruckte Zahnräder zu erfahren.

Sind 3D-gedruckte Zahnräder stark genug?

Ja, 3D-gedruckte Zahnräder sind stark genug für viele gängige Mechanismen und für verschiedene Verwendungszwecke. Materialien wie Nylon oder Polycarbonat sind für den Druck von Zahnrädern vorzuziehen, da sie stärker und haltbarer sind. 3D-gedruckte Zahnräder können aufgrund ihres geringeren Gewichts bei Robotikprojekten oder als Ersatz für Metallräder bevorzugt werden.

Außerdem können Sie durch das Entwerfen und Drucken Ihrer eigenen Teile viel Zeit sparen, da die Bestellung von Ersatzteilen für einige Mechanismen eine Weile dauern kann.

Andererseits sind 3D-gedruckte Zahnräder höchstwahrscheinlich zu schwach für schwere Maschinen, unabhängig davon, welche Art von Filament Sie verwenden, es sei denn, Sie drucken sie in einem professionellen Zentrum, das sehr starke Materialien verwendet.

Hier ist ein Beispielvideo eines Benutzers, der ein beschädigtes Kunststoffgetriebe für ein ferngesteuertes Auto erfolgreich durch ein 3D-gedrucktes Getriebe aus Nylonfilament ersetzt hat.

Je nachdem, wofür Sie die Zahnräder verwenden möchten, führen unterschiedliche Materialien zu besseren Ergebnissen. In den folgenden Abschnitten werde ich geeignete Materialien für den 3D-Druck von Zahnrädern vorstellen.

Kann PLA für Zahnräder verwendet werden?

Ja, PLA kann für Zahnräder verwendet werden und hat sich bei vielen Anwendern, die sie 3D-gedruckt haben, bewährt. Ein Beispiel für 3D-gedruckte Zahnräder, die erfolgreich aus PLA hergestellt wurden, stammt von einem Geared Heart 3D-Druck mit beweglichen Zahnrädern. Er hat über 300 Teile, viele davon aus PLA. Für einfache Zahnradmodelle eignet sich PLA gut.

In diesem Fall haben die Benutzer die Zahnräder aus Filamenten wie CC3D Silk PLA, GST3D PLA oder Overture PLA hergestellt, die auf Amazon erhältlich sind. Einige PLA-Typen, -Farben oder -Verbundstoffe funktionieren besser als andere, worauf ich im folgenden Abschnitt zurückkommen werde.

PLA ist nicht das stärkste oder widerstandsfähigste Material, wenn es um Haltbarkeit und Drehmoment (Rotationskraft) geht, und es verformt sich bei Temperaturen von über 45-500 °C, aber es ist für seinen erschwinglichen Preis erstaunlich leistungsfähig, und es ist ein sehr leicht zu beschaffendes Material.

Schauen Sie sich dieses Video an, in dem die Festigkeit und Haltbarkeit von geschmierten PLA-Zahnrädern getestet wird.

Bestes Filament für 3D-Druck-Getriebe

Polycarbonat und Nylon scheinen aufgrund ihrer Haltbarkeit und Festigkeit die besten Filamente für den 3D-Druck von Zahnrädern zu Hause zu sein. Polycarbonat hat bessere mechanische Eigenschaften. Nylon ist jedoch viel zugänglicher und vielseitiger, weshalb es oft als das beste Filament angesehen wird, da es von mehr Menschen verwendet wird.

Im Folgenden finden Sie eine genauere Beschreibung dieser Filamente sowie des sehr beliebten PLA.

1. polycarbonat

Polycarbonat ist kein gängiges Filament, vor allem weil es etwas teurer ist und man einen Drucker benötigt, dessen Düsentemperatur 300 °C erreichen kann. Dennoch kann es als Standardfilament eingestuft werden, da viele Leute es für ihre Projekte zu Hause verwenden.

Das Polymaker PolyMax PC ist ein qualitativ hochwertiges Filament, das Sie bei Amazon erhalten können und das sich nach Meinung vieler Rezensenten leichter drucken lässt als viele andere Polycarbonat-Filamente auf dem Markt.

Ein Benutzer beschrieb es als einfach zu verarbeiten, sogar auf einem Ender 3. Es handelt sich um einen PC-Verbundwerkstoff, so dass man für eine bessere Druckfähigkeit etwas an Festigkeit und Hitzebeständigkeit einbüßt. Die Ausgewogenheit wurde von Polymaker wirklich gut gelöst, und man braucht nicht einmal ein spezielles Bett oder Gehäuse, um großartige Drucke zu erhalten.

Es gibt zahlreiche Arten von Polycarbonat-Filamenten, die sich je nach Hersteller leicht unterscheiden und unterschiedliche Anforderungen erfüllen.

Dieses Filament ist sehr widerstandsfähig und hält Temperaturen von bis zu 150 °C stand, ohne sich zu verformen. Wenn Sie ein Zahnrad drucken müssen, von dem Sie wissen, dass es im Mechanismus heiß wird, dann ist dieses Material möglicherweise die beste Wahl für Sie.

Andererseits ist es schwieriger zu drucken und erfordert eine hohe Wärmezufuhr durch die Düse und das Bett.

2. nylon

Nylon ist vielleicht die beliebteste Wahl für 3D-Druck-Zahnräder zu Hause, und es ist eine der besten Entscheidungen unter den Mainstream- und erschwinglichen Filamenten auf dem Markt.

Dieses Material ist stark und flexibel und weist eine hohe Hitzebeständigkeit auf, d. h. es kann bei Temperaturen von bis zu 120 °C eingesetzt werden, ohne sich zu verformen.

Es ist auch sehr langlebig: Ein Benutzer berichtet, dass ein Ersatzzahnrad aus 3D-gedrucktem Nylon über 2 Jahre gehalten hat. Es ist jedoch teurer als PLA und etwas schwieriger zu drucken, aber es gibt viele Tutorials und Anleitungen im Internet, die Ihnen helfen können, langlebige Zahnräder zu drucken.

Eine Unterkategorie des Nylonfilaments ist kohlenstofffaserverstärktes Nylon, das angeblich stärker und steifer ist als normales Nylonfilament, aber die Meinungen der Benutzer sind in diesem Fall gemischt.

Ich würde empfehlen, etwas wie das SainSmart Carbon Fiber Filled Nylon Filament von Amazon zu verwenden, dessen Stärke und Haltbarkeit von vielen Nutzern geschätzt wird.

Einige beliebte Marken, die Nylon- und Kohlefaser-Nylonfilamente anbieten, sind MatterHackers, ColorFabb und Ultimaker.

Ein weiteres großartiges Nylon-Filament, das Sie für den 3D-Druck von Handyhüllen erhalten können, ist das Polymaker Nylon Filament von Amazon. Es wird von den Nutzern für seine Zähigkeit, die einfache Druckbarkeit und die Ästhetik gelobt.

Ein Nachteil von Nylon ist die hohe Feuchtigkeitsaufnahme, so dass Sie darauf achten müssen, dass Sie es richtig lagern und so trocken wie möglich halten.

Einige Leute empfehlen, direkt aus einer feuchtigkeitskontrollierten Aufbewahrungsbox zu drucken, z. B. mit dem SUNLU Filament Dryer von Amazon.

3. DIE PLA

PLA ist wohl das beliebteste 3D-Druck-Filament überhaupt und daher sowohl preislich als auch in Bezug auf die Oberflächenvielfalt weit verbreitet.

Es ist zwar nicht so stark und widerstandsfähig wie Nylon und wird bei Temperaturen über 45-50 °C weich, was nicht ideal ist, aber es ist dennoch recht haltbar.

Wie bereits erwähnt, können Sie einige großartige PLA-Filamente verwenden, wie z. B.:

• CC3D Seide PLA
• GST3D PLA
• Ouvertüre PLA

Ähnlich wie bei Nylon-Filamenten gibt es verschiedene Variationen und Verbundstoffe von PLA, von denen einige stärker sind als andere. Das folgende Video befasst sich mit verschiedenen Materialien und Verbundstoffen und damit, wie sie auf ein Drehmoment (oder eine Rotationskraft) reagieren, und vergleicht ihre Festigkeit, wobei es mit verschiedenen Arten von PLA beginnt.

Das folgende Video zeigt die Haltbarkeit von PLA nach 2 Jahren täglicher Verwendung (am Beispiel dieser Fusion 360-Datei).

Viele Leute verwenden PLA für weniger komplexe Projekte (wie das oben erwähnte Geared Heart), und für diese Art von Projekten ist dieses Filament eine gute Wahl.

Manchmal druckt man auch provisorische Ersatzzahnräder aus PLA für komplexere Maschinen, mit erfolgreichem Ergebnis.

4 PEEK

PEEK ist ein sehr hochwertiges Filament, das für den 3D-Druck von Zahnrädern verwendet werden kann, aber es erfordert einen speziellen 3D-Drucker und eine professionellere Einrichtung.

Eine der wichtigsten Eigenschaften von PEEK ist seine hohe Festigkeit. Es ist derzeit das stärkste Filament auf dem Markt, das man kaufen und zu Hause 3D-drucken kann, obwohl es schwierig sein kann, die richtigen Druckbedingungen zu finden.

Da PEEK in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizin und in der Automobilindustrie verwendet wird, könnten Sie mit dem 3D-Druck von Zahnrädern aus diesem Material außergewöhnliche Ergebnisse erzielen. Allerdings ist dieses Material mit einem Preis von etwa 350 $ für 500 g sehr teuer und lässt sich auch nur schwer zu Hause drucken, weshalb es möglicherweise nicht die ideale Wahl ist.

Schauen Sie sich dieses Video an, das eine Einführung in PEEK gibt.

Sie können ähnliche Produkte bei Vision Miner kaufen.

Wie macht man 3D-gedruckte Zahnräder stabiler?

Um Ihre 3D-gedruckten Zahnräder zu verstärken, Sie können Ihren Drucker kalibrieren, die Zahnräder mit der Vorderseite nach unten drucken, um Stützen zu vermeiden, die Drucktemperatur anpassen, um sicherzustellen, dass sich das Filament gut verbindet, die Einstellungen für die Füllung anpassen und weniger Zähne herstellen, damit jeder Zahn dicker und stärker gedruckt werden kann.

Kalibrieren Sie Ihren Drucker

Wie bei jedem Druck sollte die richtige Kalibrierung des Druckers dazu beitragen, dass Ihre 3D-gedruckten Zahnräder stabiler und maßhaltiger werden.

Achten Sie zunächst auf die Bettnivellierung und den Abstand der Düse zum Bett, damit Sie eine starke erste Schicht und eine gute Schichthaftung für Ihr Material erhalten.

Zweitens: Kalibrieren Sie die E-Steps und die Durchflussrate, damit die richtige Menge Filament durch den Extruder fließt und Sie keine Klumpen oder Lücken in Ihren 3D-gedruckten Zahnrädern haben, die deren Integrität beeinträchtigen können. Hier ist ein Video, das erklärt, wie man diese Kalibrierung durchführt.

Drucken Sie das Zahnrad mit der Vorderseite nach unten

Drucken Sie Ihre Zahnräder immer mit der Vorderseite nach unten, so dass die Zähne des Zahnrads die Bauplatte berühren. Dies führt zu einem Zahnrad mit stärkeren Zähnen, da die Haftung der Schichten sicherer ist. Außerdem werden so weniger Stützen benötigt, die, wenn sie entfernt werden, die Integrität des Zahnrads beschädigen können.

Hier finden Sie ein Video, in dem die Druckausrichtung näher erläutert wird.

Wenn Sie ein Zahnrad mit einer Halterung haben, drucken Sie das Zahnrad immer von unten und die Halterung von oben, wie im Video unten gezeigt.

Kalibrieren der Drucktemperatur

Sie möchten die beste Temperatur für Ihr Filament finden, damit es richtig schmilzt und an sich selbst haftet. Sie können dies tun, indem Sie einen Temperaturkalibrierungsturm von Thingiverse drucken.

Es gibt eine neuere Technik zum Einrichten eines Temperaturkalibrierungsturms durch Cura. Schauen Sie sich das Video unten an, um zu sehen, wie Sie dies für Ihren eigenen 3D-Drucker tun können.

Sie können die Temperatur ohne Kalibrierungstest erhöhen, um das Filament stärker zu schmelzen und eine bessere Haftung der Schichten zu erreichen. 5-10°C zu erhöhen ist in der Regel ausreichend, wenn Sie solche Probleme haben.

Dies kann mit der Verringerung oder dem völligen Wegfall der Kühlung kombiniert werden, um eine bessere Schichthaftung zu erreichen. Wenn dies jedoch nicht dazu führt, dass Ihre Zahnräder stärker werden, sollten Sie einen Kalibrierungstest durchführen.

Infill-Einstellungen anpassen

Im Allgemeinen ist ein Füllungsgrad von mindestens 50 % erforderlich, um eine gute Festigkeit des Zahnrads zu erreichen, aber der Wert kann je nach Füllungsmuster variieren.

Einige Benutzer empfehlen 100 % Füllung für kleinere Zahnräder, während andere sagen, dass alles über 50 % funktioniert und ein hoher Füllungsanteil keinen Unterschied macht. Es wurde vorgeschlagen, dass das Dreiecks-Füllungsmuster gut zu verwenden ist, da es eine starke innere Unterstützung bietet.

Eine Einstellung für die Ausfachung, die Ihre Ausrüstung stärker macht, ist der Prozentsatz für die Überlappung der Ausfachung mit den Wänden des Modells. Je höher der Prozentsatz, desto besser ist die Verbindung zwischen den Wänden und der Ausfachung.

Die Einstellung für die Überlappung der Füllung ist standardmäßig auf 30 % eingestellt. Sie sollten diesen Wert allmählich erhöhen, bis Sie keine Lücken mehr zwischen der Füllung und dem Rand Ihrer Ausrüstung sehen.

3D-Druck von Zahnrädern mit weniger Zähnen

Eine geringere Anzahl von Zähnen auf einem Zahnrad bedeutet größere und stärkere Zähne, was wiederum zu einem stärkeren Gesamtzahnrad führt. Kleinere Zähne sind anfälliger für Brüche und lassen sich schwieriger präzise drucken.

Die Dicke der Zähne Ihres Zahnrads sollte das 3-5-fache der Kreisteilung betragen, und wenn Sie die Breite Ihres Zahnrads vergrößern, erhöht sich seine Festigkeit proportional.

Wenn Ihr Projekt es zulässt, wählen Sie immer die minimale Anzahl von Zähnen, die erforderlich ist. Hier finden Sie einen detaillierteren Leitfaden, wie Sie bei der Konstruktion von Zahnrädern vorgehen müssen, um maximale Festigkeit zu erreichen.

Es gibt eine wirklich coole Website namens Evolvent Design, auf der Sie Ihr eigenes Zahnraddesign erstellen und die STL-Datei für den 3D-Druck herunterladen können.

Wie schmiert man PLA-Zahnräder?

Um Zahnräder zu schmieren, sollten Sie Fett oder Öl verwenden, damit sie sich leichter drehen und gleiten. Beliebte Schmiermittel für 3D-gedruckte Zahnräder sind solche auf Lithium-, Silikon- oder PTFE-Basis. Sie sind je nach Vorliebe in Applikatorflaschen oder Sprays erhältlich.

Für PLA z. B. ist es am besten, ein leichteres Schmiermittel zu wählen, obwohl die oben genannten Fette ebenfalls weit verbreitet sind und zufriedenstellende Ergebnisse liefern.

Es gibt verschiedene Arten von Schmiermitteln, die auf unterschiedliche Weise aufgetragen werden. Lithiumfett wird direkt auf die Zahnräder aufgetragen, während PTFE in der Regel als Spray erhältlich ist. Tragen Sie das Schmiermittel Ihrer Wahl auf und drehen Sie die Zahnräder, um sicherzustellen, dass sie sich gleichmäßig drehen.

Einige Schmiermittel mit guten Bewertungen sind Super Lube 51004 Synthetic Oil with PTFE, STAR BRITE White Lithium Grease oder sogar kosmetische Vaseline. Super Lube ist wahrscheinlich die beliebteste Option für 3D-Drucke, mit über 2.000 Bewertungen, von denen 85 % zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels 5 oder mehr Sterne haben.

Viele Benutzer von 3D-Druckern verwenden Super Lube für eine Reihe von Teilen wie Scharniere, Linearschienen, Stangen usw. Dies wäre ein großartiges Produkt, das auch für 3D-gedruckte Zahnräder verwendet werden könnte.

Sie sollten die Zahnräder regelmäßig reinigen und schmieren, um einen reibungslosen Betrieb des Mechanismus zu gewährleisten (weitere Informationen über die Reinigung von gedruckten Zahnrädern finden Sie in diesem Leitfaden).

Kann man ein Schneckengetriebe in 3D drucken?

Ja, man kann Schneckenräder in 3D drucken. Es werden verschiedene Materialien für Schneckenräder verwendet, wobei Nylon die beliebteste Wahl ist, da es stärker und haltbarer ist, gefolgt von PLA und ABS, die viel besser funktionieren, wenn sie geschmiert sind. Benutzer empfehlen, sie mit 450 zu drucken, um übermäßige Fäden und Stützen zu vermeiden.

Ein Anwender verwendete PETG auch für den Druck eines Schneckengetriebes für seine Autoscheibenwischer, das seit über 2,5 Jahren erfolgreich funktioniert.

Hier ist ein Video, das die Haltbarkeit und Festigkeit von trockenen und geschmierten Schneckenrädern aus PLA, PETG und ABS bei hohen Geschwindigkeiten testet.

Obwohl dies durchaus möglich ist, kann es etwas schwierig sein, Schneckenräder richtig zu entwerfen und zu drucken, da Präzision und Haltbarkeit erforderlich sind.

Darüber hinaus kann auch die Schmierung der Zahnräder Schwierigkeiten bereiten, da das Schmiermittel während des Drehvorgangs entfernt wird und das Zahnrad ungeschützt bleibt. Aus diesem Grund ist Nylon in der Regel die erste Wahl für Schneckengetriebe, da es keine zusätzliche Schmierung benötigt.

Können Sie 3D-Getriebe mit Harz drucken?

Ja, es ist möglich, Zahnräder erfolgreich mit Harz 3D-zudrucken und sie zu nutzen. Ich würde Ihnen empfehlen, spezielles technisches Harz zu kaufen, das im Vergleich zu normalem Harz viel mehr Kraft und Drehmoment aushält. Sie können auch etwas flexibles Harz untermischen, um es weniger spröde zu machen. Vermeiden Sie es, Teile zu lange auszuhärten.

Das folgende Video von Michael Rechtin ist ein wirklich cooles Experiment, bei dem er ein 3D-gedrucktes Planetengetriebe mit Harz und FDM-3D-Druck testet. Er verwendete für diesen Test zähes PLA & ABS-ähnliches Harz.

Ein Benutzer erwähnte, dass er mit 3D-gedruckten Zahnrädern die Erfahrung gemacht hat, dass Harz-Zahnräder tatsächlich stärker sein können als FDM-Zahnräder. Er hatte zwei Anwendungen, bei denen die Zähne der FDM-3D-gedruckten Zahnräder abgeschert sind, aber mit den robusten Harz-3D-Drucken lief es gut.

Die Zahnräder hielten etwa 20 Stunden, bevor sie abbrachen oder sich verformten. Sie wechselten schließlich zu Riemenscheiben und Riemen, um bessere Ergebnisse in ihrem speziellen Projekt zu erzielen, das seit über 3.000 Stunden erfolgreich läuft.