Il y a beaucoup de gens qui impriment des engrenages en 3D, mais il peut être difficile de décider quel filament utiliser pour eux. Cet article vous guidera sur les meilleurs filaments pour les engrenages, ainsi que sur la façon de les imprimer en 3D.

Si c'est ce que vous recherchez, continuez à lire pour obtenir des informations utiles sur les engrenages imprimés en 3D.

Les engrenages imprimés en 3D sont-ils assez solides ?

Oui, les engrenages imprimés en 3D sont suffisamment solides pour de nombreux mécanismes courants et pour diverses utilisations. Les matériaux comme le nylon ou le polycarbonate sont préférables pour l'impression des engrenages, car ils sont plus solides et plus durables. Les engrenages imprimés en 3D peuvent être préférés aux engrenages en métal en raison de leur poids plus léger, pour les projets de robotique ou les remplacements.

En outre, la conception et l'impression de vos propres pièces peuvent vous faire gagner beaucoup de temps, car la commande de pièces de rechange pour certains mécanismes peut prendre un certain temps.

En revanche, les engrenages imprimés en 3D sont très probablement trop faibles pour les machines lourdes, quel que soit le type de filament utilisé, à moins que vous ne les imprimiez dans un centre professionnel qui utilise des matériaux très résistants.

Voici un exemple de vidéo d'un utilisateur qui a réussi à remplacer un engrenage en plastique endommagé pour une voiture radiocommandée par un engrenage en filament de nylon imprimé en 3D.

En fonction de l'usage que vous comptez faire des engrenages, différents matériaux donneront de meilleurs résultats, et je passerai en revue les matériaux appropriés pour l'impression 3D d'engrenages dans les sections suivantes.

Le PLA peut-il être utilisé pour les engrenages ?

Oui, le PLA peut être utilisé pour fabriquer des engrenages et il a été utilisé avec succès par de nombreux utilisateurs qui les ont imprimés en 3D. Le cœur engrené Impression 3D contenant des engrenages mobiles. Elle comporte plus de 300 Makes, dont la plupart sont fabriqués en PLA. Pour les modèles d'engrenages simples, le PLA fonctionne bien.

Dans ce cas, les utilisateurs ont fabriqué les engrenages à partir de filaments tels que CC3D Silk PLA, GST3D PLA ou Overture PLA, que l'on peut trouver sur Amazon. Certains types de PLA, certaines couleurs ou certains composites sont plus performants que d'autres, et j'y reviendrai dans la section suivante.

Le PLA n'est pas le matériau le plus solide ou le plus résistant en termes de durabilité et de couple (force de rotation), et il se déforme à des températures supérieures à 45-500 °C, mais il est étonnamment performant pour son prix abordable, et c'est un matériau très facile à acquérir.

Regardez cette vidéo qui teste la résistance et la durabilité des engrenages PLA lubrifiés.

Le meilleur filament pour l'impression 3D d'engrenages

Le polycarbonate et le nylon semblent être les meilleurs filaments pour l'impression 3D d'engins à domicile, en raison de leur durabilité et de leur résistance. Le polycarbonate possède des propriétés mécaniques supérieures. Cependant, le nylon est beaucoup plus accessible et polyvalent, c'est pourquoi il est souvent considéré comme le meilleur filament, car il est utilisé par un plus grand nombre de personnes.

Vous trouverez ci-dessous une description plus détaillée de ces filaments, ainsi que du très populaire PLA.

1. polycarbonate

Le polycarbonate n'est pas un filament courant, principalement parce qu'il est un peu plus cher et qu'il faut une imprimante dont la température de la buse peut atteindre 300°C. Cependant, il peut être considéré comme un filament standard, car de nombreuses personnes l'utilisent pour leurs projets à la maison.

Le filament Polymaker PolyMax PC est une marque de filament de haute qualité que vous pouvez obtenir sur Amazon. Il est plus facile à imprimer que beaucoup d'autres filaments de polycarbonate disponibles sur le marché, d'après de nombreux commentaires.

Un utilisateur l'a décrit comme étant facile à travailler, même sur un Ender 3. Il s'agit d'un PC composite, ce qui signifie que vous renoncez à une certaine solidité et résistance à la chaleur pour une meilleure capacité d'impression. L'équilibre a été très bien réalisé par Polymaker, et vous n'avez même pas besoin d'un lit ou d'un boîtier spécial pour obtenir de superbes impressions.

Il existe de nombreux types de filaments de polycarbonate, qui varient en fonction du fabricant, chacun ayant des performances et des exigences légèrement différentes.

Ce filament est très solide et résiste à des températures allant jusqu'à 150°C sans se déformer. Si vous devez imprimer un engrenage dont vous savez qu'il sera chaud dans le mécanisme, ce filament pourrait être votre meilleur choix de matériau.

En revanche, il est plus difficile à imprimer et nécessite une chaleur élevée de la part de la buse et du lit.

2. le nylon

Le nylon est peut-être le choix le plus populaire pour l'impression 3D à domicile, et c'est l'un des meilleurs choix parmi les filaments courants et abordables du marché.

Ce matériau est solide et flexible et présente une grande résistance à la chaleur, ce qui signifie qu'il peut fonctionner sans se déformer à des températures allant jusqu'à 120°C.

Il est cependant plus cher que le PLA et un peu plus difficile à imprimer, mais il existe de nombreux tutoriels et instructions en ligne qui peuvent vous aider à imprimer des engrenages durables.

Une sous-catégorie de filament de nylon est le nylon renforcé de fibres de carbone, qui est censé être plus solide et plus rigide que le filament de nylon normal, mais les avis des utilisateurs sont mitigés dans ce cas.

Je recommanderais d'opter pour un filament de nylon chargé de fibres de carbone comme le SainSmart Carbon Fiber Filled Nylon Filament d'Amazon, dont de nombreux utilisateurs apprécient la solidité et la durabilité.

Parmi les marques populaires qui proposent des filaments de nylon et de fibre de carbone, citons MatterHackers, ColorFabb et Ultimaker.

Le filament Nylon Polymaker d'Amazon est un autre filament Nylon idéal pour l'impression 3D d'étuis de téléphone. Il est salué par les utilisateurs pour sa résistance, sa facilité d'impression et son esthétique.

L'inconvénient du nylon est qu'il absorbe beaucoup d'humidité. Il faut donc veiller à le stocker correctement et à le garder aussi sec que possible.

Certains recommandent d'imprimer directement à partir d'une boîte de stockage à humidité contrôlée, comme le SUNLU Filament Dryer d'Amazon.

3. PLA

Le PLA est sans doute le filament d'impression 3D le plus populaire en général, ce qui le rend largement accessible en termes de prix et de diversité des finitions.

En termes d'engrenages, il se comporte bien, bien qu'il ne soit pas aussi solide ou résistant que le nylon. Il se ramollit lorsqu'il est exposé à des températures supérieures à 45-50oC, ce qui n'est pas idéal, mais il est tout de même assez durable.

Comme indiqué précédemment, vous pouvez utiliser un filament PLA de qualité supérieure, comme par exemple :

• CC3D Silk PLA
• GST3D PLA
• Ouverture PLA

Comme pour le filament de nylon, il existe différentes variantes et différents composites de PLA, dont certains sont plus résistants que d'autres. La vidéo ci-dessous examine différents matériaux et composites et la manière dont ils réagissent au couple (ou à la force de rotation), et compare leur résistance, en commençant par les différents types de PLA.

La vidéo ci-dessous examine la durabilité du PLA après 2 ans d'utilisation quotidienne (avec ce fichier Fusion 360 utilisé comme exemple).

De nombreuses personnes utilisent le PLA pour des projets moins complexes (comme le Geared Heart mentionné ci-dessus), et pour ce type de projets, ce filament est un excellent choix.

Il arrive que des personnes impriment en PLA des engrenages de remplacement temporaires pour des machines plus complexes, avec succès.

4) PEEK

Le PEEK est un filament de très haut niveau qui peut être utilisé pour l'impression 3D d'engrenages, mais il nécessite une imprimante 3D spécialisée et une installation plus professionnelle.

L'une des principales propriétés du PEEK est sa solidité. Il s'agit actuellement du filament le plus solide du marché que vous pouvez acheter et imprimer en 3D chez vous, même si les conditions d'impression peuvent être difficiles à obtenir.

Le PEEK étant utilisé dans les industries aérospatiale, médicale et automobile, l'impression 3D d'engrenages à partir de ce matériau donnerait des résultats exceptionnels. Il s'agit toutefois d'un matériau très onéreux, qui coûte environ 350 $ pour 500 g. Il est également difficile à imprimer à domicile, ce qui explique qu'il ne s'agisse pas d'un choix idéal.

Jetez un coup d'œil à cette vidéo qui présente PEEK.

Vous pouvez consulter des modèles similaires en vente sur Vision Miner.

Comment renforcer les engrenages imprimés en 3D ?

Pour renforcer les engrenages imprimés en 3D, vous pouvez calibrer votre imprimante, imprimer les engrenages face vers le bas pour éviter d'avoir des supports, ajuster la température d'impression pour que le filament adhère bien, ajuster les paramètres de remplissage, et faire moins de dents, de sorte que chaque dent puisse être imprimée plus épaisse et plus résistante.

Étalonnage de l'imprimante

Comme pour toute impression, le fait de calibrer correctement l'imprimante devrait vous aider à rendre vos engins imprimés en 3D plus résistants et plus précis sur le plan dimensionnel.

Tout d'abord, veillez au nivellement du lit et à la distance entre la buse et le lit, afin d'obtenir une première couche solide et une bonne adhérence de la couche pour votre matériel.

Deuxièmement, calibrez les E-Steps et le Flow Rate afin d'avoir la bonne quantité de filament circulant dans l'extrudeuse et d'éviter les bavures ou les trous dans vos engins imprimés en 3D, ce qui peut compromettre leur intégrité. Voici une vidéo expliquant comment procéder à ce calibrage.

Imprimer l'engin face cachée

Imprimez toujours vos engrenages face vers le bas, de manière à ce que les dents de l'engrenage touchent la plaque construite. Cela permet d'obtenir un engrenage aux dents plus solides, car l'adhérence de la couche est plus sûre. Cela réduit également le besoin de supports, qui, lorsqu'ils sont retirés, peuvent endommager l'intégrité de l'engrenage.

Voici une vidéo expliquant plus en détail l'orientation de l'impression.

Si vous avez un engrenage avec une fixation, imprimez toujours l'engrenage en bas, avec la fixation en haut, comme le montre la vidéo ci-dessous.

Étalonnage de la température d'impression

Vous voulez trouver la meilleure température pour que votre filament fonde correctement et adhère à lui-même. Vous pouvez le faire en imprimant une tour d'étalonnage de la température à partir de Thingiverse.

Il existe une nouvelle technique pour configurer une tour d'étalonnage de la température via Cura. Regardez la vidéo ci-dessous pour voir comment vous pouvez le faire pour votre propre imprimante 3D.

L'augmentation de la température sans test d'étalonnage peut servir à faire fondre davantage le filament et à améliorer l'adhérence des couches. En général, une augmentation de la température de 5 à 10 °C donne de bons résultats si vous rencontrez ce type de problème.

Si cela ne suffit pas à rendre vos engrenages plus résistants, vous devez effectuer un test de calibrage.

Ajuster les paramètres de remplissage

En général, il faut une valeur de remplissage d'au moins 50 % pour obtenir un bon niveau de résistance de l'engrenage, mais la valeur peut varier en fonction du modèle de remplissage.

Certains utilisateurs recommandent un remplissage à 100 % pour les petits engrenages, tandis que d'autres suggèrent que tout ce qui est supérieur à 50 % fonctionne, et qu'un pourcentage de remplissage élevé ne fera pas de différence. Il a été suggéré que le modèle de remplissage Triangle est bon à utiliser car il fournit un support interne solide.

Le pourcentage de chevauchement du remplissage, qui mesure le chevauchement entre le remplissage et les parois du modèle, est un paramètre qui rendra votre matériel plus solide. Plus le pourcentage est élevé, meilleure est la connexion entre les parois et le remplissage.

Le paramètre de chevauchement du remplissage est fixé par défaut à 30 %. Vous devez donc l'augmenter progressivement jusqu'à ce qu'il n'y ait plus d'écart entre le remplissage et le périmètre de votre équipement.

Imprimer en 3D des engrenages avec moins de dents

Un nombre réduit de dents sur un engrenage signifie des dents plus grandes et plus solides, ce qui, à son tour, signifie un engrenage global plus solide. Les dents plus petites sont plus susceptibles de se casser, et elles sont plus difficiles à imprimer avec précision.

L'épaisseur des dents de votre engrenage doit être de 3 à 5 fois le pas circulaire et l'augmentation de la largeur de votre engrenage augmente proportionnellement sa résistance.

Si votre projet le permet, choisissez toujours le nombre minimum de dents nécessaires. Voici un guide plus détaillé sur la manière d'aborder la conception d'engrenages pour une résistance maximale.

Il existe un site web très intéressant, Evolvent Design, qui vous permet de créer votre propre design d'équipement et de télécharger le fichier STL pour l'imprimer en 3D.

Comment lubrifier les engrenages PLA ?

Pour lubrifier les engrenages, vous devez utiliser de la graisse ou de l'huile pour recouvrir les engrenages afin qu'ils tournent et glissent plus facilement. Les lubrifiants les plus courants pour les engrenages imprimés en 3D sont ceux à base de lithium, de silicone ou de PTFE. Ils se présentent sous forme de flacons applicateurs ou de sprays, selon votre préférence.

Pour le PLA, par exemple, il est préférable de choisir un lubrifiant plus léger, bien que les graisses mentionnées ci-dessus aient été largement utilisées, avec des résultats satisfaisants.

Les différents types de lubrifiants sont appliqués de différentes manières. La graisse au lithium est appliquée directement sur les engrenages, tandis que le PTFE se présente généralement sous forme de spray. Appliquez le lubrifiant de votre choix et faites tourner les engrenages pour vous assurer que la rotation se fait sans heurts.

Parmi les lubrifiants ayant reçu de bonnes critiques, citons Super Lube 51004 Synthetic Oil with PTFE, STAR BRITE White Lithium Grease, ou même la Vaseline cosmétique. Super Lube est probablement l'option la plus populaire pour les impressions 3D, avec plus de 2 000 évaluations, dont 85 % de 5 étoiles ou plus au moment de la rédaction de cet article.

De nombreux utilisateurs d'imprimantes 3D utilisent Super Lube pour toute une série de pièces telles que les charnières, les rails linéaires, les tiges et bien d'autres encore.

Vous devez nettoyer et lubrifier les engrenages périodiquement pour assurer le bon fonctionnement du mécanisme (consultez ce guide pour plus d'informations sur le processus de nettoyage des engrenages imprimés).

Peut-on imprimer en 3D un engrenage à vis sans fin ?

Oui, il est possible d'imprimer en 3D des engrenages à vis sans fin. Différents matériaux ont été utilisés pour les engrenages à vis sans fin, le nylon étant le choix le plus populaire, car il est plus solide et plus durable, suivi du PLA et de l'ABS, qui sont beaucoup plus performants lorsqu'ils sont lubrifiés. Les utilisateurs recommandent d'imprimer les engrenages à 450, afin d'éviter un nombre excessif de chaînes et de supports.

Un utilisateur a également utilisé le PETG pour imprimer un engrenage à vis sans fin pour les essuie-glaces de sa voiture, qui fonctionne avec succès depuis plus de 2,5 ans.

Voici une vidéo qui teste la durabilité et la résistance d'engrenages à vis sans fin secs et lubrifiés, fabriqués en PLA, PETG et ABS, à des vitesses élevées.

Bien que tout à fait possible, la conception et l'impression correctes d'engrenages à vis sans fin peuvent s'avérer un peu difficiles, car il faut de la précision et de la durabilité.

En outre, la lubrification des engrenages peut également poser quelques difficultés, car le lubrifiant a tendance à être éliminé lors du processus de rotation, laissant l'engrenage sans protection. C'est pourquoi le nylon est généralement le premier choix pour les engrenages à vis sans fin, car il n'a pas besoin de lubrification supplémentaire.

Peut-on imprimer des engrenages en 3D avec de la résine ?

Oui, il est possible d'imprimer des engrenages en résine 3D et de les utiliser. Je vous recommande d'acheter de la résine technique spéciale qui peut résister à beaucoup plus de force et de couple que la résine normale. Vous pouvez également mélanger de la résine flexible pour la rendre moins cassante. Évitez de faire durcir les pièces trop longtemps.

La vidéo ci-dessous, réalisée par Michael Rechtin, est un test expérimental très intéressant d'une boîte de vitesses planétaire imprimée en 3D à l'aide de résine et d'impression 3D FDM. Il a utilisé de la résine PLA et ABS pour ce test.

Un utilisateur a mentionné que, d'après son expérience des engrenages imprimés en 3D, les engrenages en résine peuvent en fait être plus résistants que les engrenages FDM. Dans deux applications, les dents des engrenages imprimés en 3D FDM se sont cisaillées, mais les engrenages imprimés en 3D en résine résistants ont bien fonctionné.

Les engrenages ont duré environ 20 heures avant de se casser ou de se déformer. Ils ont fini par passer à des poulies et des courroies pour obtenir de meilleurs résultats dans leur projet particulier, qui a fonctionné avec succès pendant plus de 3 000 heures.