Существует множество людей, которые занимаются 3D-печатью шестеренок, но выбор материала для них может стать проблемой. В этой статье мы расскажем вам о том, какие материалы лучше всего подходят для шестеренок, а также о том, как их печатать.

Если это то, что вы ищете, то продолжайте читать дальше, чтобы узнать полезную информацию о 3D-печатных шестеренках.

Достаточно ли прочны 3D-печатные шестерни?

Да, 3D-печатные шестерни достаточно прочны для многих распространенных механизмов и для различных применений. Такие материалы, как нейлон или поликарбонат, предпочтительны для печати шестерен, поскольку они более прочные и долговечные. 3D-печатные шестерни можно предпочесть металлическим из-за их меньшего веса, для проектов робототехники или замены.

Кроме того, разработка и печать собственных деталей может сэкономить вам много времени, поскольку заказ запасных частей для некоторых механизмов может занять много времени.

С другой стороны, 3D-печатные шестеренки, скорее всего, слишком слабы для тяжелой техники, независимо от типа используемого филамента, если только вы не печатаете их в профессиональном центре, где используются очень прочные материалы.

Вот пример видео пользователя, который успешно заменил поврежденную пластиковую шестеренку для радиоуправляемой машины на 3D-печатную из нейлоновой нити.

В зависимости от того, для чего вы собираетесь использовать шестеренки, разные материалы будут давать лучшие результаты, и я рассмотрю подходящие материалы для 3D-печати шестеренок в следующих разделах.

Можно ли использовать PLA для изготовления зубчатых колес?

Да, PLA может быть использован для изготовления зубчатых колес, и он успешно работает для многих пользователей, которые печатают их на 3D-принтере. Один из примеров 3D-печатных зубчатых колес, успешно изготовленных из PLA - это Сердце на колесах 3D-печать, содержащая движущиеся шестеренки. В ней более 300 миков, многие из которых сделаны из PLA. Для простых моделей шестеренок хорошо подходит PLA.

В данном случае пользователи изготавливали шестеренки из таких филаментов, как CC3D Silk PLA, GST3D PLA или Overture PLA, которые можно найти на Amazon. Некоторые типы PLA, цвета или композиты работают лучше других, и я вернусь к ним в следующем разделе.

PLA не является самым прочным или самым эластичным материалом, когда речь идет о прочности и крутящем моменте (вращательном усилии), и он деформируется при температурах свыше 45-500C, но он работает на удивление хорошо для своей доступной цены, и его очень легко приобрести.

Посмотрите это видео, в котором проверяется прочность и долговечность смазанных шестерен PLA.

Лучший материал для 3D-печати зубчатых колес

Поликарбонат и нейлон кажутся лучшими нитями для 3D-печати механизмов в домашних условиях благодаря их долговечности и прочности. Поликарбонат обладает превосходными механическими свойствами. Однако нейлон гораздо более доступен и универсален, поэтому его часто считают лучшим нитем, так как им пользуется больше людей.

Ниже приведено более подробное описание этих нитей, а также очень популярного PLA.

1. поликарбонат

Поликарбонат не является распространенным материалом, в основном потому, что он немного дороже, и вам нужен принтер, температура сопла которого может достигать 300°C. Однако его все же можно отнести к стандартным материалам, поскольку многие используют его для своих проектов в домашних условиях.

Polymaker PolyMax PC - это высококачественный филамент, который можно приобрести на Amazon. По мнению многих рецензентов, его легче печатать, чем многие другие поликарбонатные филаменты.

Один из пользователей описал его как легкий в работе, даже на Ender 3. Это композитный ПК, поэтому вы отказываетесь от некоторой прочности и термостойкости ради лучшей возможности печатать на нем. Баланс этого был сделан Polymaker очень хорошо, и вам даже не нужна специальная кровать или корпус, чтобы получить отличные отпечатки.

Существует множество типов поликарбонатной нити, которые зависят от производителя, каждый из них работает немного по-разному и имеет различные требования.

Этот материал очень прочный и выдерживает температуру до 150°C без деформации. Если вам нужно напечатать шестеренку, которая, как вы знаете, будет нагреваться в механизме, то этот материал может стать лучшим выбором.

С другой стороны, его сложнее печатать, и он требует высокого нагрева как сопла, так и станины.

2. Нейлон

Нейлон - это, пожалуй, самый популярный выбор для 3D-печати в домашних условиях, и это один из лучших вариантов среди основных и доступных филаментов на рынке.

Этот материал прочный и гибкий, обладает высокой термостойкостью, то есть может работать без деформации при температуре до 120°C.

Он также долговечен: один из пользователей упомянул, что запасная шестеренка, 3D напечатанная из нейлона, прослужила более 2 лет. Однако он дороже PLA, и его немного сложнее печатать, но в Интернете есть много руководств и инструкций, которые помогут вам напечатать долговечные шестеренки.

Подкатегория нейлоновой нити - это нейлон, армированный углеродным волокном. Предполагается, что он прочнее и жестче обычной нейлоновой нити, однако мнения пользователей в этом случае неоднозначны.

Я бы рекомендовал выбрать что-то вроде SainSmart Carbon Fiber Filled Nylon Filament от Amazon. Многим пользователям нравится его прочность и долговечность.

Некоторые популярные бренды, предлагающие нейлоновые и углеродные нити, - MatterHackers, ColorFabb и Ultimaker.

Еще один отличный нейлоновый материал, который вы можете приобрести для 3D-печати чехлов для телефонов, - нейлоновый материал Polymaker от Amazon. Пользователи отмечают его прочность, легкость печати и эстетичность.

Одним из недостатков нейлона является его высокая влагопоглощаемость, поэтому вы должны убедиться, что храните его правильно и держите его как можно более сухим.

Некоторые рекомендуют печатать прямо из коробки для хранения с контролируемой влажностью, например, из сушилки SUNLU Filament Dryer от Amazon.

3. PLA

PLA, пожалуй, является самым популярным материалом для 3D-печати, что делает его широко доступным как по цене, так и по разнообразию отделки.

Что касается передач, то он работает хорошо, хотя он не такой прочный и устойчивый, как нейлон. Он размягчается при воздействии температуры выше 45-50oC, что не идеально, но, тем не менее, он достаточно прочный.

Как уже говорилось ранее, вы можете использовать отличные PLA нити, такие как:

• CC3D Silk PLA
• GST3D PLA
• Увертюра PLA

Подобно нейлоновой нити, существуют различные варианты и композиты из PLA, некоторые из которых прочнее других. В видео ниже рассматриваются различные материалы и композиты и их реакция на крутящий момент (или вращательное усилие), а также сравнивается их прочность, начиная с различных типов PLA.

На видео ниже рассматривается долговечность PLA после 2 лет ежедневного использования (в качестве примера используется файл Fusion 360).

Многие люди используют PLA для менее сложных проектов (таких как Geared Heart, упомянутое выше), и для такого рода проектов этот филамент - отличный выбор.

Иногда люди печатали из PLA временные сменные шестерни для более сложных механизмов, что приводило к успешному результату.

4. PEEK

PEEK - это нить очень высокого уровня, которую можно использовать для 3D-печати зубчатых колес, но для этого требуется специализированный 3D-принтер и более профессиональная установка.

Одним из основных свойств PEEK является его прочность. В настоящее время это самый прочный материал на рынке, который можно купить и печатать на нем в домашних условиях, хотя добиться правильных условий печати может быть непросто.

Поскольку PEEK используется в аэрокосмической, медицинской и автомобильной промышленности, 3D-печать шестеренок из этого материала даст вам исключительные результаты. Однако это очень дорогой материал, стоимостью около 350 долларов за 500 г. Его также трудно печатать в домашних условиях, поэтому он может быть не идеальным выбором.

Посмотрите это видео, в котором рассказывается о PEEK.

Вы можете посмотреть похожие на продажу на сайте Vision Miner.

Как сделать 3D-печатные шестерни более прочными?

Чтобы сделать ваши 3D-печатные шестерни более прочными, Вы можете откалибровать свой принтер, печатать шестерни лицевой стороной вниз, чтобы избежать наличия опор, отрегулировать температуру печати, чтобы убедиться, что нить хорошо скрепляется, отрегулировать параметры заполнения, и сделать меньше зубьев, чтобы каждый зуб можно было напечатать толще и прочнее.

Калибровка принтера

Как и при любой печати, правильная калибровка принтера должна помочь вам сделать ваши 3D-печатные шестеренки более прочными, а также более точными по размерам.

Во-первых, внимательно следите за выравниванием станины и расстоянием сопла от станины, чтобы получить прочный первый слой и хорошую адгезию слоя для вашего оборудования.

Во-вторых, откалибруйте E-Steps и Flow Rate, чтобы обеспечить нужное количество филамента, проходящего через экструдер, и избежать образования капель или пробелов в 3D-печатных деталях, которые могут нарушить их целостность. Вот видео, объясняющее, как выполнить эту калибровку.

Распечатайте шестеренку лицевой стороной вниз

Всегда печатайте шестерни лицевой стороной вниз, чтобы зубья шестерен касались строенной пластины. Это позволяет получить шестерню с более прочными зубьями, поскольку сцепление слоев более надежное. Это также уменьшает необходимость в опорах, которые при удалении могут повредить целостность шестерни.

Вот видео, в котором более подробно объясняется ориентация печати.

Если у вас есть шестеренка с креплением, всегда печатайте шестеренку снизу, а крепление сверху, как показано на видео ниже.

Калибровка температуры печати

Вы хотите найти оптимальную температуру, при которой ваш филамент будет правильно плавиться и держаться. Вы можете сделать это, распечатав башню для калибровки температуры из Thingiverse.

Существует более новая методика настройки башни калибровки температуры через Cura. Посмотрите видео ниже, чтобы увидеть, как вы можете сделать это для своего собственного 3D-принтера.

Повышение температуры без калибровочного теста может быть сделано для большего расплавления нити и лучшего сцепления слоев. Обычно повышение температуры на 5-10°C хорошо работает, если вы испытываете подобные проблемы.

Это можно сделать в сочетании с уменьшением или полным исключением охлаждения для улучшения адгезии слоев. Если это не помогает сделать ваши шестерни более прочными, следует провести калибровочный тест.

Настройте параметры заполнения

Как правило, для достижения хорошего уровня прочности зубчатых колес необходимо, чтобы величина наполнения составляла не менее 50%, но эта величина может отличаться в зависимости от рисунка наполнения.

Некоторые пользователи рекомендуют 100% заполнение для небольших передач, в то время как другие считают, что все, что больше 50%, работает, а высокий процент заполнения не будет иметь значения. Было высказано мнение, что хорошо использовать рисунок заполнения "Треугольник", так как он обеспечивает сильную внутреннюю поддержку.

Один из параметров заполнения, который сделает вашу конструкцию более прочной, - Infill Overlap Percentage, который измеряет степень перекрытия между заполнением и стенками модели. Чем выше процент, тем лучше соединение между стенками и заполнением.

По умолчанию параметр Infill Overlap установлен на 30%, поэтому его следует постепенно увеличивать, пока не исчезнут зазоры между наполнителем и периметром переда.

3D-печать зубчатых колес с меньшим количеством зубьев

Меньшее количество зубьев на шестерне означает более крупные и прочные зубья, что, в свою очередь, означает более прочную шестерню в целом. Мелкие зубья более склонны к поломке, и их сложнее точно напечатать.

Толщина зубьев вашей шестерни должна быть в 3-5 раз больше шага окружности, а увеличение ширины шестерни пропорционально увеличивает ее прочность.

Если ваш проект позволяет, всегда выбирайте минимально необходимое количество зубьев. Вот более подробное руководство о том, как подойти к проектированию зубчатых колес для обеспечения максимальной прочности.

Есть очень классный сайт Evolvent Design, где вы можете создать свой собственный дизайн снаряжения и загрузить STL для 3D-печати.

Как смазывать шестерни PLA?

Для смазки шестеренок необходимо использовать смазку или масло, чтобы шестеренки легче вращались и скользили. Популярные смазки для 3D-печатных шестеренок - литиевые, силиконовые или на основе ПТФЭ. Они поставляются в бутылочках с аппликаторами и спреях в зависимости от ваших предпочтений.

Для PLA, например, лучше выбрать более легкую смазку, хотя вышеупомянутые смазки также широко используются с удовлетворительными результатами.

Различные типы смазочных материалов имеют разные способы нанесения. Литиевая смазка наносится непосредственно на шестерни, а PTFE обычно поставляется в виде спрея. Нанесите выбранную смазку и покрутите шестерни, чтобы убедиться в плавности вращения.

Некоторые смазочные материалы с хорошими отзывами включают синтетическое масло Super Lube 51004 с PTFE, белую литиевую смазку STAR BRITE или даже косметический вазелин. Super Lube, вероятно, является более популярным вариантом для 3D-печати: на момент написания статьи он имел более 2 000 оценок, 85% из которых были 5 звезд или выше.

Многие пользователи 3D-принтеров используют Super Lube для различных деталей, таких как шарниры, линейные направляющие, стержни и т.д. Это был бы отличный продукт, который также можно использовать для 3D-печатных шестеренок.

Для обеспечения плавной работы механизма необходимо периодически чистить и смазывать шестеренки (посмотрите это руководство для получения дополнительной информации о процессе очистки печатных шестеренок).

Можно ли напечатать червячную передачу в 3D?

Да, вы можете 3D-печатать червячные шестерни. Люди используют различные материалы для червячных шестерен, причем наиболее популярным является нейлон, так как он более прочный и долговечный, за ним следуют PLA и ABS, которые работают намного лучше, если их смазывать. Пользователи рекомендуют печатать их на 450, чтобы избежать чрезмерного натяжения струн и опор.

Один из пользователей также использовал PETG для печати червячной передачи для автомобильных стеклоочистителей, которая успешно работает уже более 2,5 лет.

Вот видео, в котором на высоких скоростях проверяется прочность и долговечность червячных передач, изготовленных из PLA, PETG и ABS, как в сухом, так и в смазанном состоянии.

Хотя это вполне возможно, правильное проектирование и печать червячных передач может быть несколько затруднительным, поскольку вам нужна точность и долговечность.

Кроме того, смазка шестерен также может представлять определенные трудности, так как смазка обычно удаляется в процессе вращения, оставляя шестерню незащищенной. Вот почему нейлон обычно является первым выбором для червячных передач, так как он не нуждается в дополнительной смазке.

Можно ли смолой 3D печатать шестерни?

Да, 3D-печать шестеренок смолой вполне возможна и может быть использована. Я бы рекомендовал вам приобрести специальную инженерную смолу, которая выдерживает гораздо большее усилие и крутящий момент по сравнению с обычной смолой. Вы также можете добавить немного гибкой смолы, чтобы сделать ее менее хрупкой. Избегайте слишком долгого отверждения деталей.

На видео, представленном ниже Майклом Рехтином, показан действительно классный эксперимент по испытанию 3D-печатной планетарной коробки передач с использованием смолы и FDM 3D-печати. Для этого испытания он использовал прочную PLA & ABS-подобную смолу.

Один из пользователей упомянул, что по его опыту 3D-печатные шестерни могут быть прочнее, чем шестерни FDM. У них было два случая, когда зубья 3D-печатных шестерен FDM срезало, но с прочными 3D-печатными шестернями из смолы они работали хорошо.

В итоге они перешли на шкивы и ремни для достижения лучших результатов в своем конкретном проекте, который успешно работает уже более 3 000 часов.