Ci sono molte persone che stampano ingranaggi in 3D, ma può essere un problema decidere quale filamento usare per gli ingranaggi. Questo articolo vi guiderà su quali sono i migliori filamenti per gli ingranaggi e su come stamparli in 3D.

Se questo è ciò che state cercando, continuate a leggere per apprendere alcune informazioni utili sugli ingranaggi stampati in 3D.

Gli ingranaggi stampati in 3D sono abbastanza resistenti?

Sì, gli ingranaggi stampati in 3D sono abbastanza resistenti per molti meccanismi comuni e per vari usi. Materiali come il nylon o il policarbonato sono preferibili per la stampa di ingranaggi, in quanto più resistenti e durevoli. Gli ingranaggi stampati in 3D possono essere preferiti a quelli in metallo per il loro peso ridotto, per progetti di robotica o per sostituzioni.

Inoltre, progettare e stampare i propri pezzi può far risparmiare molto tempo, poiché ordinare i pezzi di ricambio per alcuni meccanismi può richiedere molto tempo.

D'altra parte, gli ingranaggi stampati in 3D sono molto probabilmente troppo deboli per i macchinari pesanti, indipendentemente dal tipo di filamento utilizzato, a meno che non vengano stampati presso un centro professionale che utilizza materiali molto resistenti.

Ecco un video di esempio di un utente che ha sostituito con successo un ingranaggio in plastica danneggiato di un'auto radiocomandata con uno in filamento di nylon stampato in 3D.

A seconda dell'uso che si intende fare degli ingranaggi, si otterranno risultati migliori con materiali diversi; nelle sezioni seguenti illustrerò i materiali adatti per la stampa 3D degli ingranaggi.

Il PLA può essere utilizzato per gli ingranaggi?

Sì, il PLA può essere utilizzato per gli ingranaggi e ha funzionato con successo per molti utenti che li hanno stampati in 3D. Un esempio di ingranaggi stampati in 3D realizzati con successo con il PLA è quello di un Cuore ingranato Stampa 3D che contiene ingranaggi in movimento. Dispone di oltre 300 Reti, molte delle quali realizzate in PLA. Per i modelli di ingranaggi semplici, il PLA funziona bene.

In questo caso, gli utenti hanno realizzato gli ingranaggi con filamenti come il CC3D Silk PLA, il GST3D PLA o l'Overture PLA, che si possono trovare su Amazon. Alcuni tipi di PLA, colori o materiali compositi hanno prestazioni migliori di altri, e tornerò su questi aspetti nella sezione seguente.

Il PLA non è il materiale più forte o più resistente per quanto riguarda la durata e la coppia (forza di rotazione) e si deforma a temperature superiori a 45-500C, ma ha prestazioni sorprendenti per il suo prezzo accessibile ed è un materiale molto facile da acquistare.

Date un'occhiata a questo video che testa la resistenza e la durata degli ingranaggi in PLA lubrificati.

Il miglior filamento per la stampa 3D di ingranaggi

Il policarbonato e il nylon sembrano essere i filamenti migliori per la stampa 3D di ingranaggi a casa, grazie alla loro durata e resistenza. Il policarbonato ha proprietà meccaniche superiori, ma il nylon è molto più accessibile e versatile, motivo per cui viene spesso considerato il filamento migliore, dal momento che viene utilizzato da più persone.

Di seguito una descrizione più dettagliata di questi filamenti, oltre al diffusissimo PLA.

1. Policarbonato

Il policarbonato non è un filamento comune, soprattutto perché è un po' più costoso e occorre una stampante la cui temperatura dell'ugello può raggiungere i 300°C. Tuttavia, può ancora essere classificato come un filamento standard, dato che molte persone lo usano per i loro progetti a casa.

Polymaker PolyMax PC è un filamento di alta qualità che potete acquistare su Amazon e che, secondo molti recensori, è più facile da stampare rispetto a molti altri filamenti di policarbonato in circolazione.

Un utente l'ha descritta come facile da lavorare, anche su una Ender 3. Si tratta di un PC composito, quindi si rinuncia a un po' di forza e di resistenza al calore per una migliore capacità di stampa. Il bilanciamento di questo aspetto è stato fatto molto bene da Polymaker, e non c'è nemmeno bisogno di un letto o di un involucro speciale per ottenere ottime stampe.

Esistono numerosi tipi di filamenti di policarbonato, che variano a seconda del produttore, ognuno dei quali ha prestazioni leggermente diverse e requisiti diversi.

Questo filamento è molto resistente e resiste a temperature fino a 150°C senza deformarsi. Se dovete stampare un ingranaggio che sapete che si surriscalda nel meccanismo, questo potrebbe essere la scelta migliore.

D'altro canto, è più difficile da stampare e richiede un elevato riscaldamento sia dell'ugello che del letto.

2. Nylon

Il nylon è forse la scelta più popolare per gli ingranaggi della stampa 3D a casa ed è una delle migliori scelte tra i filamenti mainstream e convenienti presenti sul mercato.

Questo materiale è forte e flessibile e ha un'elevata resistenza al calore, il che significa che può funzionare senza deformarsi a temperature fino a 120°C.

È anche durevole: un utente ha dichiarato che un ingranaggio di ricambio stampato in 3D in nylon è durato oltre 2 anni. Tuttavia, è più costoso del PLA ed è un po' più difficile da stampare, ma ci sono molti tutorial e istruzioni online che possono aiutare a stampare ingranaggi durevoli.

Una sottocategoria di filamenti di nylon è il nylon rinforzato con fibra di carbonio, che dovrebbe essere più resistente e più rigido del normale filamento di nylon, ma in questo caso le opinioni degli utenti sono contrastanti.

Consiglio di scegliere un filamento di nylon riempito di fibra di carbonio SainSmart su Amazon, di cui molti utenti apprezzano la resistenza e la durata.

Alcuni marchi popolari che offrono filamenti di nylon e fibra di carbonio sono MatterHackers, ColorFabb e Ultimaker.

Un altro ottimo filamento di nylon per la stampa 3D di custodie per telefoni è il filamento di nylon Polymaker di Amazon, apprezzato dagli utenti per la sua resistenza, facilità di stampa ed estetica.

Un inconveniente del nylon è l'elevato assorbimento di umidità, per cui è necessario assicurarsi di conservarlo correttamente e di mantenerlo il più asciutto possibile.

Alcuni consigliano di stampare direttamente da un contenitore a umidità controllata, come l'essiccatore per filamenti SUNLU di Amazon.

3. PLA

Il PLA è probabilmente il filamento di stampa 3D più diffuso in generale e questo lo rende ampiamente accessibile sia in termini di prezzo che di varietà di finiture.

In termini di ingranaggi, si comporta bene, anche se non è forte o resistente come il nylon. Si ammorbidisce se esposto a temperature superiori a 45-50oC, il che non è l'ideale, ma è comunque abbastanza resistente.

Come già accennato, è possibile utilizzare un filamento PLA di ottima qualità, come ad esempio:

• Seta PLA CC3D
• GST3D PLA
• Overture PLA

Come per il filamento di nylon, esistono diverse varianti e compositi di PLA, alcuni più resistenti di altri. Il video che segue esamina i diversi materiali e compositi e il modo in cui reagiscono alla coppia (o forza di rotazione) e confronta la loro resistenza, a partire dai diversi tipi di PLA.

Il video seguente analizza la durata del PLA dopo 2 anni di utilizzo quotidiano (con questo file di Fusion 360 usato come esempio).

Molti utilizzano il PLA per progetti meno complessi (come il Geared Heart di cui sopra) e per questo tipo di progetti questo filamento è un'ottima scelta.

A volte si stampano ingranaggi sostitutivi temporanei in PLA per macchinari più complessi, con esito positivo.

4. PEEK

Il PEEK è un filamento di alto livello che può essere utilizzato per la stampa 3D di ingranaggi, ma richiede una stampante 3D specializzata e una configurazione più professionale.

Una delle proprietà principali del PEEK è la sua resistenza: attualmente è il filamento più resistente sul mercato che si può acquistare e stampare in 3D a casa, anche se le condizioni di stampa possono essere difficili.

Poiché il PEEK è utilizzato nell'industria aerospaziale, medica e automobilistica, la stampa 3D di ingranaggi in questo materiale darebbe risultati eccezionali. Tuttavia, si tratta di un materiale molto costoso, che costa circa 350 dollari per 500 g. È anche difficile da stampare a casa, motivo per cui potrebbe non essere la scelta ideale.

Date un'occhiata a questo video che fornisce un'introduzione a PEEK.

È possibile controllare i modelli simili in vendita su Vision Miner.

Come si fa a rendere più resistenti gli ingranaggi stampati in 3D?

Per rendere più resistenti gli ingranaggi stampati in 3D, è possibile calibrare la stampante, stampare gli ingranaggi a faccia in giù per evitare i supporti, regolare la temperatura di stampa per assicurarsi che il filamento aderisca bene, regolare le impostazioni di riempimento e creare meno denti, in modo che ogni dente possa essere stampato più spesso e più forte.

Calibrazione della stampante

Come per ogni stampa, la calibrazione corretta della stampante dovrebbe aiutare a rendere gli ingranaggi stampati in 3D più resistenti e più precisi dal punto di vista dimensionale.

In primo luogo, è necessario prestare attenzione al livellamento del letto e alla distanza dell'ugello dal letto, in modo da ottenere un primo strato resistente e una buona adesione dello strato per l'attrezzatura.

In secondo luogo, calibrare gli E-Step e la velocità di flusso in modo da avere la giusta quantità di filamento che scorre attraverso l'estrusore ed evitare bolle o spazi vuoti negli ingranaggi stampati in 3D, che possono comprometterne l'integrità. Ecco un video che spiega come effettuare questa calibrazione.

Stampare l'ingranaggio a faccia in giù

Stampate sempre gli ingranaggi a faccia in giù, in modo che i denti degli ingranaggi tocchino la piastra costruita. In questo modo si ottiene un ingranaggio con denti più resistenti, poiché l'adesione dello strato è più sicura, e si riduce la necessità di supporti che, se rimossi, possono danneggiare l'integrità dell'ingranaggio.

Ecco un video che spiega in modo più approfondito l'orientamento della stampa.

Se si dispone di un ingranaggio con montaggio, stampare sempre l'ingranaggio in basso e il montaggio in alto, come mostrato nel video sottostante.

Calibrazione della temperatura di stampa

Per trovare la temperatura migliore affinché il filamento si sciolga correttamente e aderisca a se stesso, è possibile stampare una torre di calibrazione della temperatura da Thingiverse.

Esiste una tecnica più recente per impostare una torre di calibrazione della temperatura attraverso Cura. Guardate il video qui sotto per vedere come potete farlo per la vostra stampante 3D.

L'aumento della temperatura senza un test di calibrazione può essere fatto per fondere maggiormente il filamento e far aderire meglio gli strati. Di solito, l'aumento della temperatura di 5-10°C funziona bene se si verificano questi problemi.

Questo può essere abbinato alla riduzione o all'eliminazione totale del raffreddamento, per una migliore adesione dello strato. Se questo non funziona per rendere gli ingranaggi più forti, tuttavia, è necessario eseguire un test di calibrazione.

Regolare le impostazioni di riempimento

In genere, per ottenere un buon livello di resistenza per l'ingranaggio è necessario un valore di riempimento di almeno il 50%, ma il valore può variare a seconda del modello di riempimento.

Alcuni utenti consigliano un riempimento al 100% per gli ingranaggi più piccoli, mentre altri suggeriscono che tutto ciò che è superiore al 50% funziona e che un'alta percentuale di riempimento non fa la differenza. È stato suggerito che il modello di riempimento a triangolo è buono da usare in quanto fornisce un forte supporto interno.

Un'impostazione dell'intaso che renderà l'attrezzatura più solida è Infill Overlap Percentage, che misura la sovrapposizione tra l'intaso e le pareti del modello. Più alta è la percentuale, migliore è la connessione tra le pareti e l'intaso.

L'impostazione di sovrapposizione dell'intaso è impostata di default al 30%, quindi è necessario aumentarla gradualmente fino a quando non si notano più spazi tra l'intaso e il perimetro dell'attrezzatura.

Ingranaggi stampati in 3D con meno denti

Un numero minore di denti su un ingranaggio significa denti più grandi e più resistenti, che a loro volta si traducono in un ingranaggio complessivamente più resistente. I denti più piccoli sono più inclini a rompersi e sono più difficili da stampare con precisione.

Lo spessore dei denti dell'ingranaggio dovrebbe essere pari a 3-5 volte il passo circolare e l'aumento della larghezza dell'ingranaggio ne aumenta proporzionalmente la resistenza.

Se il progetto lo consente, scegliere sempre il numero minimo di denti necessario. Ecco una guida più dettagliata su come affrontare la progettazione degli ingranaggi per ottenere la massima resistenza.

Esiste un sito web molto interessante, chiamato Evolvent Design, dove è possibile creare il proprio progetto di ingranaggio e scaricare l'STL per la stampa 3D.

Come si lubrificano gli ingranaggi del PLA?

Per lubrificare gli ingranaggi, è necessario utilizzare grasso o olio per ricoprirli in modo che ruotino e scorrano più facilmente. I lubrificanti più diffusi per gli ingranaggi stampati in 3D sono quelli a base di litio, silicone o PTFE, disponibili in flaconi applicatori e spray a seconda delle preferenze.

Per il PLA, ad esempio, è meglio scegliere un lubrificante più leggero, sebbene anche i grassi sopra citati siano stati ampiamente utilizzati con risultati soddisfacenti.

I diversi tipi di lubrificanti hanno modalità di applicazione diverse. Il grasso al litio si applica direttamente sugli ingranaggi, mentre il PTFE è solitamente disponibile in forma spray. Applicare il lubrificante scelto e far girare gli ingranaggi per assicurarsi che la rotazione sia fluida.

Alcuni lubrificanti con buone recensioni includono l'olio sintetico Super Lube 51004 con PTFE, il grasso al litio bianco STAR BRITE o persino la vaselina cosmetica. Super Lube è probabilmente l'opzione più popolare per le stampe 3D, con oltre 2.000 valutazioni, l'85% delle quali a 5 stelle o più al momento della stesura del presente documento.

Molti utenti di stampanti 3D utilizzano Super Lube per una serie di parti come cerniere, guide lineari, aste e altro ancora. Questo sarebbe un ottimo prodotto da utilizzare anche per gli ingranaggi stampati in 3D.

È necessario pulire e lubrificare periodicamente gli ingranaggi per garantire un funzionamento regolare del meccanismo (per ulteriori informazioni sul processo di pulizia degli ingranaggi stampati, consultare questa guida).

È possibile stampare in 3D un ingranaggio a vite senza fine?

Si possono stampare in 3D gli ingranaggi a vite senza fine. Per gli ingranaggi a vite senza fine sono stati utilizzati diversi materiali: il nylon è la scelta più popolare, in quanto più resistente e durevole, seguito dal PLA e dall'ABS, che funzionano molto meglio se lubrificati. Gli utenti consigliano di stamparli a 450, per evitare un'eccessiva tesatura e supporti.

Un utente ha anche utilizzato il PETG per stampare un ingranaggio a vite per i tergicristalli della propria auto, che ha funzionato con successo per oltre 2,5 anni.

Ecco un video che testa la durata e la resistenza di ingranaggi a vite senza fine sia asciutti che lubrificati, realizzati in PLA, PETG e ABS, ad alta velocità.

Sebbene sia possibile, progettare e stampare correttamente gli ingranaggi a vite senza fine può essere un po' difficile, poiché sono necessarie precisione e durata.

Inoltre, la lubrificazione degli ingranaggi può comportare alcune difficoltà, in quanto il lubrificante tende a essere rimosso durante il processo di rotazione, lasciando l'ingranaggio non protetto. Per questo motivo il nylon è di solito la prima scelta per gli ingranaggi a vite senza fine, in quanto non necessita di ulteriore lubrificazione.

È possibile stampare ingranaggi in 3D con la resina?

Sì, è possibile stampare in resina gli ingranaggi e utilizzarli con successo. Vi consiglio di acquistare una resina speciale che può sopportare una forza e una coppia molto maggiore rispetto alla resina normale. Potete anche mescolare della resina flessibile per renderla meno fragile. Evitate di polimerizzare le parti troppo a lungo.

Il video qui sotto di Michael Rechtin è un'interessante prova sperimentale di una scatola di ingranaggi planetari stampata in 3D utilizzando sia la resina che la stampa 3D FDM. Per questo test ha utilizzato una resina PLA e ABS resistente.

Un utente ha affermato che, in base alla sua esperienza con gli ingranaggi stampati in 3D, gli ingranaggi in resina possono essere più resistenti di quelli in FDM: in due applicazioni i denti degli ingranaggi stampati in 3D in FDM si sono staccati, mentre con le stampe in 3D in resina il risultato è buono.

Gli ingranaggi sono durati circa 20 ore prima di rompersi o deformarsi. Alla fine sono passati a pulegge e cinghie per ottenere risultati migliori nel loro progetto specifico, che ha funzionato con successo per oltre 3.000 ore.