Jest wiele osób, które drukują w 3D koła zębate, ale może być problem z wyborem filamentu, który będzie dla nich odpowiedni. Ten artykuł podpowie Ci jakie są najlepsze filamenty do kół zębatych, a także jak je drukować w 3D.

Jeśli to jest to, czego szukasz, to czytaj dalej, aby dowiedzieć się kilku przydatnych informacji o zębatkach drukowanych w 3D.

Czy drukowane w 3D przekładnie są wystarczająco mocne?

Tak, koła zębate drukowane w 3D są wystarczająco mocne dla wielu wspólnych mechanizmów i dla różnych zastosowań. Materiały takie jak Nylon lub Poliwęglan są preferowane do drukowania kół zębatych, ponieważ są mocniejsze i bardziej trwałe. Koła zębate drukowane w 3D mogą być preferowane nad metalowymi ze względu na ich mniejszą wagę, dla projektów robotycznych lub zamienników.

Ponadto projektowanie i drukowanie własnych części może zaoszczędzić sporo czasu, ponieważ zamawianie zamienników do niektórych mechanizmów może trochę potrwać.

Z drugiej strony, drukowane w 3D koła zębate są najprawdopodobniej zbyt słabe dla ciężkich maszyn, niezależnie od rodzaju używanego filamentu, chyba że drukujemy je w profesjonalnym centrum, które używa bardzo mocnych materiałów.

Oto przykładowy film użytkownika, który z powodzeniem wymienił uszkodzoną plastikową przekładnię do samochodu sterowanego radiem na wydrukowaną w 3D z nylonowego filamentu.

W zależności od tego, do czego zamierzasz używać kół zębatych, różne materiały dadzą lepsze rezultaty, a ja w kolejnych sekcjach przejdę przez odpowiednie materiały do druku 3D kół zębatych.

Czy PLA może być używane do produkcji kół zębatych?

Tak, PLA może być używane do produkcji kół zębatych i z powodzeniem sprawdza się u wielu użytkowników, którzy je drukują 3D. Jeden z przykładów kół zębatych wydrukowanych 3D z powodzeniem z PLA pochodzi z Geared Heart Druk 3D, który zawiera ruchome koła zębate. Posiada ponad 300 Maków, wiele z nich wykonanych z PLA. Do prostych modeli kół zębatych dobrze sprawdza się PLA.

W tym przypadku użytkownicy wykonali koła zębate z filamentów takich jak CC3D Silk PLA, GST3D PLA czy Overture PLA, które można znaleźć na Amazonie. Niektóre rodzaje PLA, kolory czy kompozyty sprawdzają się lepiej niż inne, do czego wrócę w dalszej części artykułu.

PLA nie jest najmocniejszym ani najbardziej odpornym materiałem, jeśli chodzi o trwałość i moment obrotowy (siłę obrotu), a także odkształca się w temperaturach powyżej 45-500C, ale radzi sobie zaskakująco dobrze jak na swoją przystępną cenę i jest materiałem bardzo łatwym do pozyskania.

Spójrzcie na ten film, który testuje wytrzymałość i trwałość nasmarowanych kół zębatych PLA.

Najlepszy filament do druku 3D kół zębatych

Poliwęglan i Nylon wydają się być najlepszymi filamentami do drukowania 3D kół zębatych w domu, ze względu na ich trwałość i wytrzymałość. Poliwęglan ma lepsze właściwości mechaniczne. Nylon jest jednak znacznie bardziej dostępny i uniwersalny, dlatego często jest uważany za najlepszy filament, ponieważ więcej osób go używa.

Poniżej znajduje się bardziej szczegółowy opis tych filamentów, a także bardzo popularnego PLA.

1. poliwęglan

Poliwęglan nie jest często spotykanym filamentem, głównie dlatego, że jest nieco droższy i potrzebna jest drukarka, której temperatura dyszy może osiągnąć 300°C. Jednak nadal można go zakwalifikować jako standardowy filament, ponieważ wiele osób używa go do swoich projektów w domu.

Polymaker PolyMax PC to wysokiej jakości filament, który można dostać w Amazon. Według wielu recenzentów jest łatwiejszy do drukowania niż wiele innych filamentów poliwęglanowych.

Jeden z użytkowników opisał go jako łatwy do pracy, nawet na Enderze 3. Jest to kompozytowy PC, więc rezygnujesz z pewnej wytrzymałości i odporności na ciepło na rzecz lepszej możliwości drukowania. Równowaga tego została zrobiona naprawdę dobrze przez Polymaker, i nie potrzebujesz nawet specjalnego łóżka lub obudowy, aby uzyskać wspaniałe wydruki.

Istnieje wiele rodzajów filamentów poliwęglanowych, które różnią się w zależności od producenta, każdy z nich działa nieco inaczej i ma inne wymagania.

Filament ten jest bardzo mocny i wytrzymuje temperaturę do 150°C bez deformacji. Jeśli musisz wydrukować koło zębate, które wiesz, że będzie się nagrzewać w mechanizmie, to może być najlepszy wybór materiału.

Z drugiej strony jest trudniejsza do drukowania i wymaga wysokiego ciepła zarówno od dyszy, jak i łoża.

2. nylon

Nylon jest prawdopodobnie najbardziej popularnym wyborem dla sprzętu do druku 3D w domu, i jest to jeden z najlepszych wyborów z głównego nurtu i niedrogich filamentów na rynku.

Materiał ten jest mocny i elastyczny, ma wysoką odporność na ciepło, co oznacza, że może pracować bez deformacji w temperaturze do 120°C.

Jest również trwały - jeden z użytkowników wspomniał, że zastępcza przekładnia 3D wydrukowana z Nylonu wytrzymała ponad 2 lata. Jest jednak droższy niż PLA i nieco trudniejszy do wydrukowania, ale w sieci jest wiele tutoriali i instrukcji, które mogą pomóc w drukowaniu trwałych przekładni.

Podkategorią filamentu nylonowego jest nylon wzmocniony włóknem węglowym. Jest on rzekomo mocniejszy i sztywniejszy niż zwykły filament nylonowy, jednak opinie użytkowników są w tym przypadku mieszane.

Polecam wybrać coś takiego jak SainSmart Carbon Fiber Filled Nylon Filament z Amazon. Wielu użytkowników uwielbia jego wytrzymałość i trwałość.

Niektóre popularne marki, które oferują filamenty nylonowe i z włókna węglowego to MatterHackers, ColorFabb i Ultimaker.

Kolejnym świetnym filamentem nylonowym, który można dostać do drukowania 3D obudów telefonów jest Polymaker Nylon Filament z Amazon. Jest on okrzyknięty przez użytkowników za swoją wytrzymałość, łatwość drukowania i estetykę.

Jedną z wad Nylonu jest to, że ma wysoką absorpcję wilgoci, więc musisz upewnić się, że przechowujesz go odpowiednio i utrzymujesz go w jak najbardziej suchym stanie.

Niektórzy zalecają drukowanie prosto z pudełka do przechowywania o kontrolowanej wilgotności, takiego jak SUNLU Filament Dryer z Amazon.

3. PLA

PLA jest prawdopodobnie najpopularniejszym filamentem do druku 3D w ogóle, a to sprawia, że jest on szeroko dostępny zarówno pod względem cenowym, jak i różnorodności wykończenia.

Jeśli chodzi o biegi, to sprawdza się dobrze, choć nie jest tak mocny i odporny jak nylon. Mięknie pod wpływem temperatury wyższej niż 45-50oC, co nie jest idealnym rozwiązaniem, ale mimo to jest dość trwały.

Jak wcześniej wspomniano, możesz pójść z jakimś świetnym filamentem PLA, takim jak:

• CC3D Silk PLA
• GST3D PLA
• Uwertura PLA

Podobnie jak w przypadku filamentu nylonowego, istnieją różne odmiany i kompozyty PLA, niektóre mocniejsze od innych. Poniższy film przedstawia różne materiały i kompozyty oraz ich reakcję na moment obrotowy (lub siłę obrotową), a także porównuje ich wytrzymałość, zaczynając od różnych typów PLA.

Poniższy film analizuje trwałość PLA po 2 latach codziennego użytkowania (z tym plikiem Fusion 360 użytym jako przykład).

Wiele osób używa PLA do mniej skomplikowanych projektów (takich jak wspomniane wyżej Geared Heart) i do tego typu projektów ten filament jest świetnym wyborem.

Czasami ludzie drukowali z PLA tymczasowe przekładnie zastępcze dla bardziej złożonych maszyn, z pomyślnym skutkiem.

4. PEEK

PEEK to filament z bardzo wysokiej półki, który może być wykorzystywany do druku 3D kół zębatych, ale wymaga specjalistycznej drukarki 3D i bardziej profesjonalnej konfiguracji.

Jedną z głównych właściwości PEEK jest właśnie jego wytrzymałość - obecnie jest to najmocniejszy filament na rynku, który można kupić i drukować 3D w domu, choć uzyskanie odpowiednich warunków druku może być trudne.

Ponieważ PEEK jest używany w przemyśle lotniczym, medycznym i motoryzacyjnym, drukowanie 3D kół zębatych z tego materiału dałoby ci wyjątkowe rezultaty. Jest to jednak bardzo drogi materiał, kosztujący około 350 dolarów za 500 g. Jest również trudny do wydrukowania w domu, dlatego może nie być idealnym wyborem.

Obejrzyj ten film, który stanowi wprowadzenie do PEEK.

Podobne na sprzedaż można sprawdzić w Vision Miner.

Jak sprawić, by drukowane w 3D koła zębate były mocniejsze?

Aby Twoje drukowane w 3D koła zębate były mocniejsze, możesz skalibrować swoją drukarkę, wydrukować koła zębate twarzą do dołu, aby uniknąć podpór, dostosować temperaturę druku, aby upewnić się, że filament dobrze się wiąże, dostosować ustawienia wypełnienia i zrobić mniej zębów, więc każdy ząb może być drukowany grubszy i mocniejszy.

Kalibracja drukarki

Jak w przypadku każdego wydruku, prawidłowa kalibracja drukarki powinna pomóc w tym, aby drukowane w 3D koła zębate były mocniejsze, a także dokładniejsze wymiarowo.

Po pierwsze, należy uważać na poziomowanie łóżka i odległość dyszy od łóżka, dzięki czemu można uzyskać mocną pierwszą warstwę i dobrą przyczepność warstwy dla sprzętu.

Po drugie, skalibruj E-Steps i Flow Rate, abyś mógł mieć odpowiednią ilość filamentu przepływającego przez ekstruder i uniknąć kleksów lub przerw w twoich drukowanych w 3D przekładniach, co może zagrozić ich integralności. Oto film wyjaśniający, jak przeprowadzić tę kalibrację.

Wydrukuj narzędzia twarzą do dołu

Zawsze drukuj koła zębate twarzą do dołu, tak aby zęby kół zębatych dotykały płyty konstrukcyjnej. Dzięki temu uzyskuje się koła zębate o mocniejszych zębach, ponieważ przyleganie warstw jest bardziej bezpieczne. Zmniejsza to również potrzebę stosowania podpór, które po usunięciu mogą uszkodzić integralność koła zębatego.

Oto film wyjaśniający bardziej dogłębnie orientację druku.

Jeśli masz koło zębate z mocowaniem, zawsze drukuj koło zębate na dole, z mocowaniem na górze, jak pokazano na poniższym filmie.

Kalibracja temperatury drukowania

Chcesz znaleźć najlepszą temperaturę, w której Twój filament będzie się prawidłowo topił i przylegał do siebie. Możesz to zrobić drukując wieżę kalibracji temperatury z Thingiverse.

Istnieje nowsza technika ustawiania wieży kalibracji temperatury poprzez Cura. Sprawdź poniższy film, aby zobaczyć jak możesz to zrobić dla własnej drukarki 3D.

Podniesienie temperatury bez testu kalibracyjnego może być wykonane, aby stopić filament bardziej i sprawić, że warstwy będą się lepiej łączyć. Zazwyczaj zwiększenie temperatury o 5-10°C działa dobrze, jeśli masz takie problemy.

Można to sparować ze zmniejszeniem lub całkowitym usunięciem chłodzenia, dla lepszego przylegania warstw. Jeśli jednak to nie zadziała, aby wzmocnić przekładnie, należy wykonać test kalibracji.

Regulacja ustawień wypełnienia

Ogólnie rzecz biorąc, potrzebujesz wartości wypełnienia co najmniej 50%, aby osiągnąć dobry poziom wytrzymałości dla biegu, ale wartość ta może się różnić w zależności od wzoru wypełnienia.

Niektórzy użytkownicy zalecają 100% wypełnienie dla mniejszych biegów, podczas gdy inni sugerują, że wszystko powyżej 50% działa, a wysoki procent wypełnienia nie zrobi różnicy. Zasugerowano, że wzór wypełnienia Triangle jest dobry do użycia, ponieważ zapewnia silne wewnętrzne wsparcie.

Jednym z ustawień wypełnienia, które sprawi, że Twój bieg będzie mocniejszy jest Infill Overlap Percentage, który mierzy nakładanie się wypełnienia na ściany modelu. Im wyższy procent, tym lepsze połączenie między ścianami a wypełnieniem.

Ustawienie Infill Overlap jest domyślnie ustawione na 30%, więc powinieneś je stopniowo zwiększać, aż nie zobaczysz już żadnych przerw między wypełnieniem a obwodem swojego sprzętu.

Drukowanie 3D kół zębatych z mniejszą ilością zębów

Mniejsza liczba zębów na przekładni oznacza większe i mocniejsze zęby, co z kolei oznacza mocniejszą przekładnię całkowitą. Mniejsze zęby są bardziej podatne na złamanie i trudniej je dokładnie wydrukować.

Grubość zębów Twojej przekładni powinna być 3-5 razy większa od podziałki okręgu, a zwiększenie szerokości przekładni proporcjonalnie zwiększa jej wytrzymałość.

Jeśli twój projekt na to pozwala, zawsze wybieraj minimalną wymaganą liczbę zębów. Tutaj znajduje się bardziej szczegółowy przewodnik, jak podejść do projektowania kół zębatych dla maksymalnej wytrzymałości.

Istnieje naprawdę fajna strona internetowa o nazwie Evolvent Design, gdzie można stworzyć własny projekt sprzętu i pobrać STL do druku 3D.

Jak smarować przekładnie PLA?

Do smarowania kół zębatych należy użyć smaru lub oleju, który pokryje koła zębate, aby łatwiej się obracały i ślizgały. Popularne smary do kół zębatych drukowanych w 3D to te na bazie litu, silikonu lub PTFE. Występują w butelkach z aplikatorem i sprayach w zależności od preferencji.

W przypadku PLA najlepiej wybrać na przykład lżejszy smar, choć wyżej wymienione smary również znalazły szerokie zastosowanie, z satysfakcjonującymi rezultatami.

Różne rodzaje smarów mają różne sposoby ich nakładania. Smar litowy nakłada się bezpośrednio na koła zębate, natomiast PTFE zwykle występuje w formie sprayu. Nałóż wybrany smar i obróć koła zębate, aby upewnić się, że obrót jest płynny.

Niektóre smary z dobrymi opiniami to Super Lube 51004 Synthetic Oil with PTFE, STAR BRITE White Lithium Grease, a nawet kosmetyczna Vaseline. Super Lube jest prawdopodobnie bardziej popularną opcją dla wydruków 3D, mając ponad 2000 ocen, z czego 85% to 5 gwiazdek lub więcej w momencie pisania tego tekstu.

Wielu użytkowników drukarek 3D używa Super Lube do różnych części, takich jak zawiasy, szyny liniowe, pręty i inne. Byłby to świetny produkt do wykorzystania również do drukowanych w 3D kół zębatych.

Należy okresowo czyścić i smarować koła zębate, aby zapewnić płynne działanie mechanizmu (zajrzyj do tego poradnika, aby uzyskać więcej informacji na temat procesu czyszczenia kół zębatych z nadrukiem).

Czy można wydrukować w 3D przekładnię ślimakową?

Tak, można drukować 3D przekładnie ślimakowe. Ludzie używali różnych materiałów do produkcji przekładni ślimakowych, przy czym Nylon jest najpopularniejszym wyborem, ponieważ jest mocniejszy i bardziej wytrzymały, a następnie PLA i ABS, które działają znacznie lepiej, gdy są smarowane. Użytkownicy zalecają drukowanie ich w 450, aby uniknąć nadmiernego strunowania i podpór.

Jeden z użytkowników wykorzystał również PETG do wydrukowania ślimaka do swoich wycieraczek samochodowych, który z powodzeniem działa od ponad 2,5 roku.

Oto film, który testuje trwałość i wytrzymałość zarówno suchych jak i smarowanych przekładni ślimakowych wykonanych z PLA, PETG i ABS, przy dużych prędkościach.

Chociaż bardzo możliwe, projektowanie i prawidłowe drukowanie przekładni ślimakowych może być nieco trudne, ponieważ potrzebujesz precyzji i trwałości.

Ponadto, smarowanie przekładni może również stwarzać pewne trudności, ponieważ smar ma tendencję do usuwania w procesie rotacji, pozostawiając przekładnię bez ochrony. Dlatego też Nylon jest zwykle pierwszym wyborem dla przekładni ślimakowych, ponieważ nie wymaga dodatkowego smarowania.

Czy da się wydrukować z żywicy 3D koła zębate?

Tak, można z powodzeniem drukować koła zębate z żywicy 3D i mieć z nich jakiś pożytek. Zalecałbym zakup specjalnej żywicy inżynieryjnej, która może wytrzymać o wiele więcej siły i momentu obrotowego w porównaniu do zwykłej żywicy. Można również zmieszać trochę elastycznej żywicy, aby uczynić ją mniej kruchą. Należy unikać zbyt długiego utwardzania części.

Poniższy film autorstwa Michaela Rechtina to naprawdę fajne eksperymentalne testowanie drukowanej w 3D przekładni planetarnej przy użyciu zarówno żywicy jak i druku 3D w technologii FDM. Do tego testu użył on wytrzymałej żywicy PLA & ABS-Like Resin.

Jeden z użytkowników wspomniał, że jego doświadczenie z drukowanymi w 3D kołami zębatymi było takie, że koła zębate z żywicy mogą być w rzeczywistości mocniejsze niż koła zębate z FDM. Mieli dwie aplikacje, w których zęby kół zębatych wydrukowanych w FDM 3D ścinały się, ale działały dobrze z wytrzymałymi wydrukami 3D z żywicy.

Koła zębate wytrzymywały około 20 godzin, zanim się złamały lub odkształciły. W końcu przestawili się na koła pasowe i pasy, aby uzyskać lepsze wyniki w swoim konkretnym projekcie, który działa z powodzeniem od ponad 3000 godzin.