On paljon ihmisiä, jotka 3D-tulostavat hammaspyöriä, mutta voi olla ongelma päättää, mitä filamenttia käyttää niihin. Tämä artikkeli opastaa sinua siinä, mitkä ovat parhaita filamentteja hammaspyörille, sekä miten 3D-tulostaa niitä.

Jos etsit juuri tätä, jatka lukemista ja saat hyödyllisiä tietoja 3D-tulostetuista vaihteista.

Ovatko 3D-tulostetut vaihteet tarpeeksi vahvoja?

Kyllä, 3D-tulostetut hammaspyörät ovat riittävän vahvoja moniin yleisiin mekanismeihin ja erilaisiin käyttötarkoituksiin. Materiaalit, kuten nailon tai polykarbonaatti, ovat suositeltavampia hammaspyörien tulostamiseen, koska ne ovat vahvempia ja kestävämpiä. 3D-tulostettuja hammaspyöriä voidaan suosia metallisten hammaspyörien sijasta niiden kevyemmän painon vuoksi robotiikkahankkeissa tai korvaavissa tuotteissa.

Lisäksi omien osien suunnittelu ja tulostaminen voi säästää paljon aikaa, sillä joidenkin mekanismien korvaavien osien tilaaminen voi viedä aikaa.

Toisaalta 3D-tulostetut hammaspyörät ovat todennäköisesti liian heikkoja raskaisiin työkoneisiin riippumatta siitä, millaista filamenttia käytät, ellet tulosta niitä ammattimaisessa keskuksessa, joka käyttää erittäin vahvoja materiaaleja.

Tässä on esimerkkivideo käyttäjästä, joka korvasi onnistuneesti radio-ohjattavan auton vaurioituneen muovivaihteen 3D-tulostetulla nailonista valmistetulla vaihteella.

Riippuen siitä, mihin aiot käyttää hammaspyöriä, eri materiaalit tuottavat parempia tuloksia, ja käyn läpi hammaspyörien 3D-tulostukseen soveltuvat materiaalit seuraavissa osioissa.

Voidaanko PLA:ta käyttää hammaspyöriin?

Kyllä, PLA:ta voidaan käyttää hammaspyöriin, ja se on toiminut menestyksekkäästi monilla käyttäjillä, jotka ovat tulostaneet niitä 3D-tulostamalla. Yksi esimerkki PLA:sta onnistuneesti tehdyistä 3D-tulostetuista hammaspyöristä on Geared Heart 3D-tulostus, joka sisältää liikkuvia hammaspyöriä. Siinä on yli 300 Makea, joista monet on tehty PLA:sta. Yksinkertaisiin hammaspyörämalleihin PLA toimii hyvin.

Tässä tapauksessa käyttäjät tekivät hammaspyörät filamenteista, kuten CC3D Silk PLA, GST3D PLA tai Overture PLA, jotka löytyvät Amazonista. Jotkin PLA-tyypit, värit tai komposiitit toimivat paremmin kuin toiset, ja palaan näihin seuraavassa osassa.

PLA ei ole kestävyydeltään ja vääntömomentiltaan (pyörimisvoima) vahvin tai joustavin materiaali, ja se epämuodostuu yli 45-500 °C:n lämpötiloissa, mutta se toimii yllättävän hyvin edulliseen hintaansa nähden, ja se on erittäin helposti hankittava materiaali.

Katso tämä video, jossa testataan voideltujen PLA-vaihteiden lujuutta ja kestävyyttä.

Paras filamentti 3D-tulostukseen hammaspyörille

Polykarbonaatti ja nailon näyttävät olevan parhaita filamentteja 3D-tulostukseen kotona, koska ne ovat kestäviä ja vahvoja. Polykarbonaatilla on ylivoimaiset mekaaniset ominaisuudet. Nailon on kuitenkin paljon helpommin saatavilla ja monipuolisempi, minkä vuoksi sitä pidetään usein parhaana filamenttina, koska useammat ihmiset käyttävät sitä.

Alla on yksityiskohtaisempi kuvaus näistä filamenteista sekä erittäin suositusta PLA:sta.

1. Polykarbonaatti

Polykarbonaatti ei ole yleinen filamentti, lähinnä siksi, että se on hieman kalliimpaa ja tarvitset tulostimen, jonka suuttimen lämpötila voi nousta 300 °C:seen. Se voidaan kuitenkin luokitella tavalliseksi filamentiksi, sillä monet ihmiset käyttävät sitä kotiprojekteissaan.

Polymaker PolyMax PC on korkealaatuinen filamenttimerkki, jonka saat Amazonista. Se on monien arvostelijoiden mukaan helpompi tulostaa kuin monet muut polykarbonaattifilamentit.

Eräs käyttäjä kuvaili sitä helpoksi työstää, jopa Ender 3:lla. Se on komposiitti-PC, joten luovut jonkin verran lujuudesta ja lämmönkestävyydestä paremman tulostusmahdollisuuden vuoksi. Polymaker on tehnyt tämän tasapainon todella hyvin, etkä tarvitse edes erityistä sänkyä tai koteloa saadaksesi hyviä tulosteita.

Polykarbonaattikuitufilamentteja on useita erilaisia, ja ne vaihtelevat valmistajasta riippuen, sillä ne toimivat hieman eri tavalla ja niillä on erilaiset vaatimukset.

Tämä filamentti on erittäin vahvaa ja kestää jopa 150 °C:n lämpötiloja ilman muodonmuutoksia. Jos sinun on tulostettava hammaspyörä, jonka tiedät kuumenevan mekanismissa, tämä saattaa olla paras materiaalivalinta.

Toisaalta se on vaikeampi tulostaa, ja se vaatii suurta lämpöä sekä suuttimelta että sängyltä.

2. Nylon

Nailon on ehkä suosituin valinta 3D-tulostukseen kotona, ja se on yksi parhaista valinnoista markkinoilla olevista valtavirran ja kohtuuhintaisista filamenteista.

Tämä materiaali on vahvaa ja joustavaa, ja sillä on korkea lämmönkestävyys, mikä tarkoittaa, että se voi toimia ilman muodonmuutoksia jopa 120 °C:n lämpötiloissa.

Se on myös kestävää, ja eräs käyttäjä mainitsi, että Nylonilla 3D-tulostettu korvaava hammaspyörä kesti yli 2 vuotta. Se on kuitenkin kalliimpaa kuin PLA, ja sen tulostaminen on hieman vaikeampaa, mutta verkossa on monia opetusohjelmia ja ohjeita, joiden avulla voit tulostaa kestäviä hammaspyöriä.

Hiilikuituvahvisteinen nailon on nailon, jonka väitetään olevan normaalia nailonfilamenttia vahvempaa ja jäykempää, mutta käyttäjien mielipiteet ovat ristiriitaisia.

Suosittelen käyttämään esimerkiksi SainSmart Carbon Fiber Filled Nylon Filament -filamenttia Amazonista. Monet käyttäjät rakastavat sen lujuutta ja kestävyyttä.

Joitakin suosittuja merkkejä, jotka tarjoavat nailon- ja hiilikuituisia nailonfilamentteja, ovat MatterHackers, ColorFabb ja Ultimaker.

Toinen suuri Nylon-filamentti, jonka voit hankkia 3D-tulostukseen puhelinkoteloita varten, on Polymaker Nylon Filament Amazonista. Käyttäjät ovat kehuneet sitä sitkeytensä, tulostuksen helppoutensa ja esteettisyytensä vuoksi.

Yksi nailonin haittapuoli on sen suuri kosteuden imeytyminen, joten sinun on varmistettava, että säilytät sen oikein ja pidät sen mahdollisimman kuivana.

Jotkut suosittelevat tulostamista suoraan kosteussäädetystä säilytyslaatikosta, kuten Amazonin SUNLU Filament Dryer -kuivauslaatikosta.

3. PLA

PLA on kiistatta suosituin 3D-tulostusfilamentti yleensä, ja sen ansiosta se on laajalti saatavilla sekä hinnan että viimeistelyn monimuotoisuuden suhteen.

Vaihteiden osalta se toimii hyvin, vaikkei se olekaan yhtä vahvaa tai kestävää kuin nailon. Se pehmenee, kun se altistuu yli 45-50oC:n lämpötiloille, mikä ei ole ihanteellista, mutta se on kuitenkin melko kestävä.

Kuten aiemmin mainittiin, voit käyttää hienoja PLA-filamentteja, kuten:

• CC3D Silk PLA
• GST3D PLA
• Overture PLA

Samoin kuin nailonfilamentista, myös PLA:sta on olemassa erilaisia muunnelmia ja komposiitteja, joista toiset ovat vahvempia kuin toiset. Alla olevassa videossa tarkastellaan eri materiaaleja ja komposiitteja ja sitä, miten ne reagoivat vääntömomenttiin (tai pyörimisvoimaan), ja verrataan niiden lujuutta, alkaen eri PLA-tyypeistä.

Alla olevalla videolla tarkastellaan PLA:n kestävyyttä 2 vuoden päivittäisen käytön jälkeen (esimerkkinä käytetään tätä Fusion 360 -tiedostoa).

Monet ihmiset käyttävät PLA:ta vähemmän monimutkaisiin projekteihin (kuten edellä mainittuun Geared Heartiin), ja tällaisiin projekteihin tämä filamentti on loistava valinta.

Joskus ihmiset tulostivat PLA:sta tilapäisiä korvaavia hammaspyöriä monimutkaisempiin koneisiin, ja tuloksena oli onnistunut lopputulos.

4. PEEK

PEEK on erittäin korkeatasoinen filamentti, jota voidaan käyttää hammaspyörien 3D-tulostukseen, mutta se vaatii erikoistuneen 3D-tulostimen ja ammattimaisemman kokoonpanon.

Yksi PEEK:n tärkeimmistä ominaisuuksista on sen vahvuus, sillä se on tällä hetkellä markkinoiden vahvin filamentti, jonka voi ostaa ja tulostaa 3D-tulostimella kotona, vaikka tulostusolosuhteiden saaminen oikeiksi voi olla vaikeaa.

Koska PEEK:tä käytetään ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, lääketieteellisessä teollisuudessa ja autoteollisuudessa, 3D-tulostamalla hammaspyöriä tästä materiaalista saisit poikkeuksellisia tuloksia. Se on kuitenkin hyvin kallista, sillä 500 g maksaa noin 350 dollaria. Sitä on myös vaikea tulostaa kotona, minkä vuoksi se ei ehkä ole ihanteellinen valinta.

Katso tämä video, joka esittelee PEEKin.

Voit tarkistaa samankaltaiset myynnissä Vision Minerissä.

Miten 3D-tulostetuista hammaspyöristä tehdään vahvempia?

Jotta 3D-tulostetut hammaspyörät olisivat vahvempia, voit kalibroida tulostimesi, tulostaa hammaspyörät kuvapuoli alaspäin tukien välttämiseksi, säätää tulostuslämpötilaa varmistaaksesi, että filamentti kiinnittyy hyvin, säätää täyttöasetuksia ja tehdä vähemmän hampaita, jotta jokainen hammas voidaan tulostaa paksumpana ja vahvempana.

Kalibroi tulostimesi

Kuten minkä tahansa tulostuksen kohdalla, tulostimen kalibrointi oikein auttaa sinua tekemään 3D-tulostetuista hammaspyöristä vahvempia ja mittatarkempia.

Ensinnäkin, ole huolellinen sängyn tasauksen ja suuttimen etäisyyden suhteen sängystä, jotta saat vahvan ensimmäisen kerroksen ja hyvän kerroksen tarttuvuuden vaihteellesi.

Toiseksi kalibroi E-Steps ja Flow Rate, jotta saat oikean määrän filamenttia virtaamaan ekstruuderin läpi ja vältät 3D-tulostetuissa hammaspyörissäsi rähmät tai aukot, jotka voivat vaarantaa sen eheyden. Tässä on video, jossa selitetään, miten tämä kalibrointi tehdään.

Tulosta vaihde kuvapuoli alaspäin

Tulosta hammaspyörät aina kuvapuoli alaspäin niin, että hammaspyörien hampaat koskettavat rakennettua levyä. Näin saadaan aikaan hammaspyörä, jonka hampaat ovat vahvemmat, koska kerrosten kiinnittyminen on varmempaa. Näin vähennetään myös tukien tarvetta, jotka irrotettuina voivat vahingoittaa hammaspyörän eheyttä.

Tässä on video, jossa selitetään tulostussuuntausta perusteellisemmin.

Jos sinulla on hammaspyörä, jossa on kiinnitys, tulosta hammaspyörä aina alareunaan ja kiinnitys yläreunaan, kuten alla olevassa videossa näytetään.

Kalibroi tulostuslämpötila

Haluat löytää parhaan lämpötilan, jotta filamenttisi sulaa kunnolla ja tarttuu itseensä. Voit tehdä tämän tulostamalla lämpötilan kalibrointitornin Thingiversestä.

On olemassa uudempi tekniikka lämpötilakalibrointitornin asettamiseen Curan kautta. Katso alla olevalta videolta, miten voit tehdä tämän omalle 3D-tulostimellesi.

Lämpötilan nostaminen ilman kalibrointitestiä voi sulattaa filamenttia enemmän ja saada kerrokset liimautumaan paremmin. Yleensä lämpötilan nostaminen 5-10 °C:ssa toimii hyvin, jos sinulla on tällaisia ongelmia.

Tämä voidaan yhdistää jäähdytyksen vähentämiseen tai poistamiseen kokonaan, jolloin kerroksen tarttuvuus paranee. Jos tämä ei kuitenkaan tehoa vaihteiden lujittamiseen, kannattaa tehdä kalibrointitesti.

Säädä täydennysrakentamisen asetuksia

Yleisesti ottaen tarvitaan vähintään 50 %:n täyttöarvo, jotta vaihteen lujuus olisi hyvä, mutta arvo voi vaihdella täyttötavasta riippuen.

Jotkut käyttäjät suosittelevat 100 prosentin täyttöä pienemmille vaihteille, kun taas toiset suosittelevat, että mikä tahansa yli 50 prosentin täyttö toimii, eikä suurella täyttöprosentilla ole merkitystä. On ehdotettu, että kolmiotäyttökuviota on hyvä käyttää, koska se antaa vahvan sisäisen tuen.

Yksi täytön asetus, joka tekee vaihteestasi vahvemman, on täytön päällekkäisyysprosentti, joka mittaa täytön ja mallin seinien päällekkäisyyttä. Mitä suurempi prosenttiosuus on, sitä parempi on seinien ja täytön välinen yhteys.

Täytteen päällekkäisyys -asetus on oletusarvoisesti 30 %, joten sitä kannattaa lisätä vähitellen, kunnes täytteen ja vaihteen kehän välillä ei ole enää aukkoja.

3D-tulostus hammaspyörät vähemmillä hampailla

Pienempi hammaspyörän hammasluku tarkoittaa suurempia ja vahvempia hampaita, mikä puolestaan tarkoittaa vahvempaa kokonaisuutta. Pienemmät hampaat ovat alttiimpia rikkoutumaan, ja niitä on vaikeampi tulostaa tarkasti.

Hammaspyörän hampaiden paksuuden tulisi olla 3-5 kertaa pyöreän hammasvälin suuruinen, ja hammaspyörän leveyden kasvattaminen suhteessa lisää sen lujuutta.

Jos projektisi sallii sen, valitse aina pienin tarvittava hammasluku. Tässä on yksityiskohtaisempi opas siitä, miten hammaspyörien suunnittelua tulisi lähestyä, jotta ne olisivat mahdollisimman lujia.

On olemassa todella hieno verkkosivusto nimeltä Evolvent Design, jossa voit luoda oman hammaspyöräsuunnitelmasi ja ladata STL-tiedoston 3D-tulostusta varten.

Miten voitelet PLA-vaihteet?

Vaihteiden voiteluun kannattaa käyttää rasvaa tai öljyä, joka peittää hammaspyörät niin, että ne pyörivät ja liukuvat helpommin. 3D-tulostettujen hammaspyörien suosittuja voiteluaineita ovat litium-, silikoni- tai PTFE-pohjaiset voiteluaineet. Niitä on saatavana applikaattoripulloissa ja suihkeissa mieltymyksestäsi riippuen.

Esimerkiksi PLA:lle on parasta valita kevyempi voiteluaine, vaikka edellä mainittuja rasvoja on myös käytetty laajalti tyydyttävin tuloksin.

Erilaisia voiteluaineita käytetään eri tavoin. Litiumrasva levitetään suoraan hammaspyörille, kun taas PTFE on yleensä suihkumuodossa. Levitä haluamasi voiteluaine ja pyöritä hammaspyöriä varmistaaksesi, että pyöriminen on tasaista.

Joitakin voiteluaineita, joilla on hyviä arvosteluja, ovat Super Lube 51004 Synthetic Oil with PTFE, STAR BRITE White Lithium Grease tai jopa kosmeettinen vaseliini. Super Lube on luultavasti suosituin vaihtoehto 3D-tulosteisiin, sillä sillä sillä on yli 2 000 arvostelua, joista 85 % on vähintään viiden tähden arvosteluja tätä kirjoitettaessa.

Monet 3D-tulostimen käyttäjät käyttävät Super Lubea erilaisiin osiin, kuten saranoihin, lineaarikiskoihin, tankoihin ja muihin. Tämä olisi loistava tuote käyttää myös 3D-tulostetuille hammaspyörille.

Hammaspyörät on puhdistettava ja voideltava säännöllisesti, jotta mekanismi toimisi moitteettomasti (katso tästä oppaasta lisätietoja painettujen hammaspyörien puhdistusprosessista).

Voitko 3D-tulostaa matovaihteen?

Kyllä, voit 3D-tulostaa matopyöriä. Ihmiset ovat käyttäneet erilaisia materiaaleja matopyöriin, joista suosituin valinta on nailon, koska se on vahvempi ja kestävämpi, ja sen jälkeen PLA ja ABS, jotka toimivat paljon paremmin voideltuina. Käyttäjät suosittelevat niiden tulostamista 450:llä, jotta vältytään liialliselta jousitukselta ja tuilta.

Eräs käyttäjä käytti PETG:tä myös tulostaakseen autonpyyhkimiensä madonvaihteen, joka on toiminut menestyksekkäästi yli 2,5 vuotta.

Tässä on video, jossa testataan PLA:sta, PETG:stä ja ABS:stä valmistettujen kuivien ja voideltujen matopyörien kestävyyttä ja lujuutta suurilla nopeuksilla.

Vaikka se on hyvin mahdollista, matopyörien suunnittelu ja tulostaminen oikein voi olla hieman vaikeaa, koska tarvitaan tarkkuutta ja kestävyyttä.

Lisäksi hammaspyörien voitelu saattaa aiheuttaa vaikeuksia, koska voiteluaine poistuu pyörimisprosessin aikana, jolloin hammaspyörä jää suojaamattomaksi. Tämän vuoksi nailon on yleensä ensisijainen valinta matopyörille, koska se ei tarvitse lisävoitelua.

Voitko hartsata 3D-tulostusvaihteita?

Kyllä, hammaspyörien 3D-tulostaminen hartsilla onnistuu ja niistä on mahdollista saada jotain hyötyä. Suosittelen, että ostat erityistä teknistä hartsia, joka kestää paljon enemmän voimaa ja vääntöä kuin tavallinen hartsi. Voit myös sekoittaa mukaan joustavaa hartsia, jotta se ei olisi niin haurasta. Vältä osien kovettumista liian pitkään.

Michael Rechtinin alla oleva video on todella viileä kokeellinen 3D-tulostetun planeettavaihteiston testaus sekä hartsilla että FDM 3D-tulostuksella. Hän käytti kovaa PLA & ABS-tapaista hartsia tähän testiin.

Eräs käyttäjä mainitsi, että heidän kokemuksensa 3D-tulostetuista hammaspyöristä oli, että hartsivaihteet voivat itse asiassa olla vahvempia kuin FDM-vaihteet. Heillä oli kaksi sovellusta, joissa FDM 3D-tulostettujen hammaspyörien hampaat irtosivat, mutta ne toimivat hyvin kovilla hartsin 3D-tulosteilla.

Hammaspyörät kestivät noin 20 tuntia ennen kuin ne katkeilivat tai vääntyivät. He päätyivät vaihtamaan hihnapyörät ja hihnat, jotka paransivat tuloksia heidän projektissaan, joka on toiminut menestyksekkäästi yli 3 000 tuntia.