Este artigo irá guiá-lo sobre quais são os melhores filamentos para engrenagens, bem como a forma de as imprimir em 3D.

Se é isto que está à procura, então continue a ler para aprender algumas informações úteis sobre as engrenagens impressas em 3D.

As engrenagens impressas em 3D são suficientemente fortes?

Sim, as engrenagens impressas em 3D são suficientemente fortes para muitos mecanismos comuns e para várias utilizações. Materiais como o nylon ou o policarbonato são preferíveis para imprimir engrenagens, uma vez que são mais fortes e duráveis. As engrenagens impressas em 3D podem ser preferidas às de metal devido ao seu peso mais leve, para projectos de robótica ou substituições.

Além disso, conceber e imprimir as suas próprias peças pode poupar-lhe muito tempo, uma vez que encomendar peças de substituição para alguns mecanismos pode demorar algum tempo.

Por outro lado, as engrenagens impressas em 3D são muito provavelmente demasiado fracas para máquinas pesadas, independentemente do tipo de filamento utilizado, a menos que as imprima num centro profissional que utilize materiais muito resistentes.

Aqui está um vídeo de exemplo de um utilizador que conseguiu substituir uma engrenagem de plástico danificada de um carro telecomandado por uma engrenagem de filamento de nylon impressa em 3D.

Dependendo do fim a que se destinam as engrenagens, diferentes materiais produzirão melhores resultados e, nas secções seguintes, analisarei os materiais adequados para a impressão 3D de engrenagens.

O PLA pode ser utilizado para engrenagens?

Sim, o PLA pode ser utilizado para engrenagens e tem funcionado com sucesso para muitos utilizadores que as imprimem em 3D. Um exemplo de engrenagens impressas em 3D feitas com sucesso a partir de PLA é o de um Coração engrenado Impressão 3D que contém engrenagens móveis. Tem mais de 300 peças, muitas delas feitas de PLA. Para modelos de engrenagens simples, o PLA funciona bem.

Neste caso, os utilizadores fabricaram as engrenagens a partir de filamentos como o CC3D Silk PLA, o GST3D PLA ou o Overture PLA, que podem ser encontrados na Amazon. Alguns tipos de PLA, cores ou compósitos têm melhor desempenho do que outros, e voltarei a falar deles na secção seguinte.

O PLA não é o material mais forte ou mais resistente no que diz respeito à durabilidade e ao binário (força de rotação), e deforma-se a temperaturas superiores a 45-500C, mas tem um desempenho surpreendentemente bom para o seu preço acessível, e é um material muito fácil de adquirir.

Veja este vídeo que testa a resistência e a durabilidade das engrenagens PLA lubrificadas.

Melhor filamento para impressão 3D de engrenagens

O policarbonato e o nylon parecem ser os melhores filamentos para imprimir engrenagens em 3D em casa, devido à sua durabilidade e resistência. O policarbonato tem propriedades mecânicas superiores. No entanto, o nylon é muito mais acessível e versátil, razão pela qual é frequentemente considerado o melhor filamento, uma vez que é utilizado por mais pessoas.

Segue-se uma descrição mais pormenorizada destes filamentos, bem como do muito popular PLA.

1. policarbonato

O policarbonato não é um filamento comum, principalmente porque é um pouco mais caro e é necessária uma impressora cuja temperatura do bocal possa atingir os 300°C. No entanto, pode ainda ser classificado como um filamento padrão, uma vez que muitas pessoas o utilizam para os seus projectos em casa.

O Polymaker PolyMax PC é uma marca de filamentos de alta qualidade que pode ser adquirida na Amazon. É mais fácil de imprimir do que muitos outros filamentos de policarbonato existentes no mercado, de acordo com muitos revisores.

Um utilizador descreveu-o como sendo fácil de trabalhar, mesmo numa Ender 3. Trata-se de um PC composto, pelo que se abdica de alguma força e resistência ao calor em troca de uma melhor capacidade de impressão. O equilíbrio foi muito bem conseguido pela Polymaker, e nem sequer é necessária uma cama ou caixa especial para obter impressões excelentes.

Existem numerosos tipos de filamentos de policarbonato, que variam consoante o fabricante, cada um com um desempenho ligeiramente diferente e com requisitos diferentes.

Este filamento é muito resistente e suporta temperaturas até 150°C sem se deformar. Se precisar de imprimir uma engrenagem que sabe que vai aquecer no mecanismo, então esta pode ser a sua melhor escolha de material.

Por outro lado, é mais difícil de imprimir e requer um elevado aquecimento tanto do bocal como da base.

2) Nylon

O nylon é talvez a escolha mais popular para equipamentos de impressão 3D em casa, e é uma das melhores escolhas entre os filamentos mais comuns e acessíveis do mercado.

Este material é forte e flexível e tem uma elevada resistência ao calor, o que significa que pode funcionar sem se deformar a temperaturas até 120°C

É também durável, com um utilizador a mencionar que uma engrenagem de substituição impressa em 3D em Nylon durou mais de 2 anos. No entanto, é mais caro do que o PLA e é um pouco mais difícil de imprimir, mas existem muitos tutoriais e instruções online que o podem ajudar a imprimir engrenagens duráveis.

Uma subcategoria de filamentos de nylon é o nylon reforçado com fibra de carbono, supostamente mais forte e mais rígido do que o filamento de nylon normal.

Recomendo que opte por algo como o filamento de nylon preenchido com fibra de carbono SainSmart da Amazon. Muitos utilizadores adoram a sua resistência e durabilidade.

Algumas marcas populares que oferecem filamentos de nylon e de fibra de carbono são a MatterHackers, a ColorFabb e a Ultimaker.

Outro excelente filamento de Nylon que pode obter para imprimir capas de telemóvel em 3D é o Filamento de Nylon Polymaker da Amazon. É aclamado pelos utilizadores pela sua resistência, facilidade de impressão e estética.

Uma desvantagem do nylon é a sua elevada absorção de humidade, pelo que deve certificar-se de que o armazena correctamente e o mantém o mais seco possível.

Algumas pessoas recomendam imprimir directamente a partir de uma caixa de armazenamento com humidade controlada, como o secador de filamentos SUNLU da Amazon.

3. PLA

O PLA é, sem dúvida, o filamento de impressão 3D mais popular em geral, o que o torna amplamente acessível tanto em termos de preço como de diversidade de acabamentos.

Em termos de engrenagens, tem um bom desempenho, embora não seja tão forte ou resistente como o nylon. Amolece quando exposto a temperaturas superiores a 45-50oC, o que não é ideal, mas é bastante durável.

Como já foi referido, pode optar por um excelente filamento PLA, como por exemplo:

• CC3D Silk PLA
• GST3D PLA
• Abertura PLA

O vídeo abaixo analisa diferentes materiais e compósitos e a forma como reagem ao binário (ou força de rotação), e compara a sua resistência, começando com diferentes tipos de PLA.

O vídeo abaixo analisa a durabilidade do PLA após 2 anos de utilização diária (com este ficheiro Fusion 360 utilizado como exemplo).

Muitas pessoas utilizam o PLA para projectos menos complexos (como o Geared Heart mencionado acima), e para este tipo de projectos este filamento é uma excelente escolha.

Por vezes, as pessoas imprimiam engrenagens de substituição temporárias em PLA para máquinas mais complexas, com um resultado positivo.

4. PEEK

O PEEK é um filamento de nível muito elevado que pode ser utilizado para a impressão 3D de engrenagens, mas requer uma impressora 3D especializada e uma configuração mais profissional.

Uma das principais propriedades do PEEK é a sua resistência, sendo actualmente o filamento mais forte do mercado que se pode comprar e imprimir em 3D em casa, embora seja difícil obter as condições de impressão adequadas.

Uma vez que o PEEK é utilizado nas indústrias aeroespacial, médica e automóvel, a impressão em 3D de engrenagens a partir deste material proporcionaria resultados excepcionais. No entanto, trata-se de um material muito caro, que custa cerca de 350 dólares por 500 g. É também difícil de imprimir em casa, razão pela qual pode não ser a escolha ideal.

Veja este vídeo que apresenta uma introdução à PEEK.

Pode consultar outros semelhantes à venda na Vision Miner.

Como tornar as engrenagens impressas em 3D mais fortes?

Para tornar as suas engrenagens impressas em 3D mais fortes, pode calibrar a sua impressora, imprimir as engrenagens com a face voltada para baixo para evitar ter suportes, ajustar a temperatura de impressão para garantir que o filamento adere bem, ajustar as definições de enchimento e fazer menos dentes, para que cada dente possa ser impresso mais espesso e mais forte.

Calibrar a impressora

Como em qualquer impressão, calibrar correctamente a impressora deverá ajudá-lo a tornar as suas engrenagens impressas em 3D mais fortes, bem como mais precisas em termos dimensionais.

Em primeiro lugar, tenha cuidado com o nivelamento da cama e com a distância do bico em relação à cama, para que possa obter uma primeira camada forte e uma boa aderência da camada para o seu equipamento.

Em segundo lugar, calibra o E-Steps e o Flow Rate para que possas ter a quantidade certa de filamento a fluir através da extrusora e evitar bolhas ou lacunas nas tuas engrenagens impressas em 3D, o que pode comprometer a sua integridade.

Imprimir a engrenagem virada para baixo

Imprima sempre as suas engrenagens com a face voltada para baixo, de modo a que os dentes das engrenagens toquem na placa de construção. Isto produz uma engrenagem com dentes mais fortes, uma vez que a adesão da camada é mais segura. Também reduz a necessidade de suportes, que quando removidos podem danificar a integridade da engrenagem.

Aqui está um vídeo que explica mais pormenorizadamente a orientação para impressão.

Se tiver uma engrenagem com um suporte, imprima sempre a engrenagem em baixo, com o suporte em cima, como mostra o vídeo abaixo.

Calibrar a temperatura de impressão

O objectivo é encontrar a melhor temperatura para que o filamento derreta correctamente e se cole a si próprio. Pode fazê-lo imprimindo uma Torre de Calibração de Temperatura a partir do Thingiverse.

Existe uma técnica mais recente para configurar uma torre de calibração de temperatura através do Cura. Veja o vídeo abaixo para ver como o pode fazer na sua própria impressora 3D.

Aumentar a temperatura sem um teste de calibração pode ser feito para derreter mais o filamento e fazer com que as camadas se liguem melhor. Normalmente, aumentar a temperatura em 5-10°C funciona bem se estiver a ter esses problemas.

Isto pode ser combinado com a diminuição ou remoção total do arrefecimento, para uma melhor aderência da camada. No entanto, se isto não funcionar para tornar as suas engrenagens mais fortes, deve efectuar um teste de calibração.

Ajustar as definições de enchimento

Geralmente, é necessário um valor de enchimento de, pelo menos, 50% para obter um bom nível de resistência para a engrenagem, mas o valor pode variar consoante o padrão de enchimento.

Alguns utilizadores recomendam 100% de enchimento para engrenagens mais pequenas, enquanto outros sugerem que tudo o que for superior a 50% funciona e que uma percentagem de enchimento elevada não fará qualquer diferença. Foi sugerido que o padrão de enchimento Triângulo é bom para utilizar, uma vez que proporciona um forte apoio interno.

Uma definição de enchimento que tornará o seu equipamento mais forte é a Percentagem de sobreposição do enchimento, que mede a sobreposição entre o enchimento e as paredes do modelo. Quanto maior for a percentagem, melhor será a ligação entre as paredes e o enchimento.

A definição de Sobreposição de enchimento está definida em 30% por predefinição, pelo que deve aumentá-la gradualmente até deixar de haver espaços entre o enchimento e o perímetro do seu equipamento.

Engrenagens de impressão 3D com menos dentes

Um número mais pequeno de dentes numa engrenagem significa dentes maiores e mais fortes, o que, por sua vez, significa uma engrenagem global mais forte. Os dentes mais pequenos são mais propensos a partir e são mais difíceis de imprimir com precisão.

A espessura dos dentes da sua engrenagem deve ser 3-5 vezes o passo circular e aumentar a largura da sua engrenagem aumenta proporcionalmente a sua resistência.

Se o seu projecto o permitir, escolha sempre o número mínimo de dentes necessário. Aqui está um guia mais detalhado sobre como abordar a concepção de engrenagens para obter a máxima resistência.

Existe um sítio Web muito fixe chamado Evolvent Design onde pode criar o seu próprio design de equipamento e descarregar o STL para impressão 3D.

Como lubrificar as engrenagens PLA?

Para lubrificar as engrenagens, deve utilizar massa lubrificante ou óleo para cobrir as engrenagens, de modo a que estas rodem e deslizem mais facilmente. Os lubrificantes mais populares para engrenagens impressas em 3D incluem lubrificantes à base de lítio, silicone ou PTFE. Existem em frascos aplicadores e sprays, dependendo da sua preferência.

Para o PLA, por exemplo, é preferível escolher um lubrificante mais leve, embora as massas lubrificantes acima mencionadas também tenham sido amplamente utilizadas, com resultados satisfatórios.

Os diferentes tipos de lubrificantes têm diferentes formas de aplicação. A massa lubrificante de lítio é aplicada directamente nas engrenagens, enquanto o PTFE vem normalmente sob a forma de spray. Aplique o lubrificante escolhido e rode as engrenagens para se certificar de que a rotação é suave.

Alguns lubrificantes com boas críticas incluem o óleo sintético Super Lube 51004 com PTFE, a massa de lítio branca STAR BRITE ou mesmo a vaselina cosmética. No entanto, o Super Lube é provavelmente a opção mais popular para impressões 3D, tendo mais de 2000 avaliações, 85% das quais com 5 estrelas ou mais no momento da redacção.

Muitos utilizadores de impressoras 3D utilizam o Super Lube para uma série de peças, tais como dobradiças, carris lineares, hastes, etc. Este seria um óptimo produto para utilizar também em engrenagens impressas em 3D.

Deve limpar e lubrificar as engrenagens periodicamente para garantir o bom funcionamento do mecanismo (consulte este guia para obter mais informações sobre o processo de limpeza das engrenagens impressas).

É possível imprimir em 3D uma engrenagem de rosca sem-fim?

Sim, é possível imprimir engrenagens sem-fim em 3D. As pessoas têm utilizado vários materiais para as engrenagens sem-fim, sendo o nylon a escolha mais popular, por ser mais forte e mais durável, seguido do PLA e do ABS, que têm um desempenho muito melhor quando lubrificados. Os utilizadores recomendam imprimi-las a uma velocidade de 450, para evitar o excesso de fios e suportes.

Um utilizador também utilizou PETG para imprimir uma engrenagem sem-fim para os limpa pára-brisas do seu automóvel, que funciona com êxito há mais de 2,5 anos.

Aqui está um vídeo que testa a durabilidade e a resistência de engrenagens sem-fim secas e lubrificadas feitas de PLA, PETG e ABS, a altas velocidades.

Embora muito possível, conceber e imprimir correctamente engrenagens sem-fim pode ser um pouco difícil, uma vez que é necessária precisão e durabilidade.

Além disso, a lubrificação das engrenagens também pode apresentar algumas dificuldades, uma vez que o lubrificante tende a ser removido no processo de rotação, deixando a engrenagem desprotegida. É por isso que o nylon é normalmente a primeira escolha para engrenagens sem-fim, uma vez que não necessita de lubrificação adicional.

É possível imprimir engrenagens em resina 3D?

Sim, é possível imprimir engrenagens em resina 3D com sucesso e obter alguma utilidade. Recomendo que compre uma resina de engenharia especial que possa suportar muito mais força e binário do que a resina normal. Também pode misturar alguma resina flexível para a tornar menos frágil. Evite curar as peças durante muito tempo.

O vídeo abaixo, realizado por Michael Rechtin, é um teste experimental muito fixe de uma caixa de engrenagens planetárias impressa em 3D, utilizando resina e impressão 3D FDM. Ele utilizou resina resistente do tipo PLA e ABS para este teste.

Um utilizador mencionou que a sua experiência com engrenagens impressas em 3D é que as engrenagens de resina podem ser mais fortes do que as engrenagens de FDM. Tiveram duas aplicações em que os dentes das engrenagens impressas em 3D de FDM se partiram, mas funcionaram bem com as impressões em 3D de resina resistentes.

As engrenagens duravam cerca de 20 horas antes de se partirem ou deformarem. Acabaram por mudar para polias e correias para obterem melhores resultados no seu projecto específico, que funciona com êxito há mais de 3000 horas.