Existuje veľa ľudí, ktorí 3D tlačia ozubené kolesá, ale môže byť problém rozhodnúť sa, aký filament pre ne použiť. Tento článok vám poradí, aké sú najlepšie filamenty pre ozubené kolesá, ako aj to, ako ich 3D tlačiť.

Ak práve toto hľadáte, pokračujte v čítaní a dozviete sa niekoľko užitočných informácií o 3D tlačených ozubených kolesách.

Sú 3D tlačené ozubené kolesá dostatočne silné?

Áno, 3D tlačené ozubené kolesá sú dostatočne pevné pre mnohé bežné mechanizmy a na rôzne použitie. Na tlač ozubených kolies sa uprednostňujú materiály ako nylon alebo polykarbonát, pretože sú pevnejšie a odolnejšie. 3D tlačené ozubené kolesá možno uprednostniť pred kovovými kvôli ich nižšej hmotnosti, a to na projekty robotiky alebo výmeny.

Okrem toho vám navrhovanie a tlač vlastných dielov môže ušetriť veľa času, pretože objednávanie náhradných dielov pre niektoré mechanizmy môže chvíľu trvať.

Na druhej strane, 3D tlačené ozubené kolesá sú s najväčšou pravdepodobnosťou príliš slabé na ťažkotonážne stroje bez ohľadu na typ použitého vlákna, pokiaľ ich netlačíte v profesionálnom centre, ktoré používa veľmi silné materiály.

Tu je príklad videa používateľa, ktorý úspešne nahradil poškodenú plastovú prevodovku pre rádiom riadené auto prevodovkou vytlačenou z nylonového vlákna.

V závislosti od toho, na čo chcete ozubené kolesá použiť, budú rôzne materiály prinášať lepšie výsledky a v nasledujúcich častiach sa budem venovať vhodným materiálom na 3D tlač ozubených kolies.

Môže sa PLA použiť na ozubené kolesá?

Áno, PLA sa dá použiť na výrobu ozubených kolies a úspešne funguje u mnohých používateľov, ktorí ich 3D tlačia. Jedným z príkladov 3D tlačených ozubených kolies úspešne vyrobených z PLA je z Srdce so zameraním 3D tlač, ktorá obsahuje pohyblivé ozubené kolesá. Má viac ako 300 makiet, mnohé z nich sú vyrobené z PLA. Na jednoduché modely ozubených kolies sa PLA hodí.

V tomto prípade používatelia vyrobili ozubené kolesá z filamentov, ako sú CC3D Silk PLA, GST3D PLA alebo Overture PLA, ktoré nájdete na stránke Amazon. Niektoré typy, farby alebo kompozity PLA fungujú lepšie ako iné, k čomu sa vrátim v nasledujúcej časti.

PLA nie je najsilnejší alebo najodolnejší materiál, pokiaľ ide o trvanlivosť a krútiaci moment (rotačná sila), a deformuje sa pri teplotách nad 45-500 °C, ale na svoju prijateľnú cenu funguje prekvapivo dobre a je to veľmi ľahko získateľný materiál.

Pozrite si toto video, ktoré testuje pevnosť a odolnosť mazaných prevodov PLA.

Najlepšie vlákno pre 3D tlač ozubených kolies

Polykarbonát a nylon sa javia ako najlepšie vlákna na domácu 3D tlač ozubených kolies vďaka svojej odolnosti a pevnosti. Polykarbonát má lepšie mechanické vlastnosti. Nylon je však oveľa dostupnejší a univerzálnejší, preto sa často považuje za najlepšie vlákno, pretože ho používa viac ľudí.

Nižšie je uvedený podrobnejší opis týchto vlákien, ako aj veľmi populárneho PLA.

1. Polykarbonát

Polykarbonát nie je bežný filament, najmä preto, že je trochu drahší a potrebujete tlačiareň, ktorej teplota trysky môže dosiahnuť 300 °C. Stále ho však možno zaradiť medzi štandardné filamenty, pretože ho veľa ľudí používa na svoje domáce projekty.

Polymaker PolyMax PC je vysoko kvalitná značka filamentu, ktorý môžete získať od spoločnosti Amazon. Podľa mnohých recenzentov sa z neho tlačí ľahšie ako z mnohých iných polykarbonátových filamentov.

Jeden používateľ ju opísal ako ľahko spracovateľnú, dokonca aj na počítači Ender 3. Je to kompozitný počítač, takže sa vzdávate určitej pevnosti a tepelnej odolnosti za lepšiu možnosť tlače. Vyváženosť tohto materiálu sa spoločnosti Polymaker podarilo dosiahnuť naozaj dobre a na získanie skvelých výtlačkov nepotrebujete ani špeciálne lôžko alebo kryt.

Existuje mnoho typov polykarbonátových vlákien, ktoré sa líšia v závislosti od výrobcu, pričom každý z nich má trochu iné vlastnosti a iné požiadavky.

Tento filament je veľmi pevný a bez deformácie odoláva teplotám až do 150 °C. Ak potrebujete vytlačiť ozubené koleso, o ktorom viete, že sa v mechanizme zahrieva, potom by to mohla byť najlepšia voľba materiálu.

Na druhej strane je tlač náročnejšia a vyžaduje si vysoké teplo z trysky aj lôžka.

2. Nylon

Nylon je azda najobľúbenejšou voľbou na domácu 3D tlač a je to jedna z najlepších volieb spomedzi bežných a cenovo dostupných vlákien na trhu.

Tento materiál je pevný a pružný a má vysokú tepelnú odolnosť, čo znamená, že môže fungovať bez deformácie pri teplotách až do 120 °C.

Je tiež odolný, pričom jeden používateľ uviedol, že náhradný prevod vytlačený z nylonu vydržal viac ako 2 roky. Je však drahší ako PLA a jeho tlač je o niečo náročnejšia, ale na internete existuje mnoho návodov a inštrukcií, ktoré vám pomôžu vytlačiť odolné prevody.

Podkategóriou nylonových vlákien je nylon vystužený uhlíkovými vláknami. Ten je údajne pevnejší a tuhší ako bežné nylonové vlákno, názory používateľov sa však v tomto prípade rôznia.

Odporúčam použiť niečo ako nylonové vlákno SainSmart Carbon Fiber Filled Nylon Filament od spoločnosti Amazon. Mnohí používatelia si obľúbili jeho pevnosť a odolnosť.

Medzi obľúbené značky, ktoré ponúkajú nylonové a uhlíkové vlákna, patria MatterHackers, ColorFabb a Ultimaker.

Ďalším skvelým nylonovým vláknom, ktoré si môžete zaobstarať na 3D tlač puzdier na telefóny, je nylonové vlákno Polymaker od spoločnosti Amazon. Používatelia ho chvália pre jeho húževnatosť, jednoduchosť tlače a estetiku.

Jednou z nevýhod nylonu je jeho vysoká absorpcia vlhkosti, preto sa musíte uistiť, že ho skladujete správne a udržiavate ho čo najsuchší.

Niektorí ľudia odporúčajú tlačiť priamo z boxu s regulovanou vlhkosťou, ako napríklad SUNLU Filament Dryer od Amazonu.

3. PLA

PLA je pravdepodobne najobľúbenejším vláknom pre 3D tlač vo všeobecnosti, a preto je široko dostupný z hľadiska ceny aj rozmanitosti povrchových úprav.

Z hľadiska prevodov funguje dobre, hoci nie je taký pevný ani odolný ako nylon. Pri teplotách vyšších ako 45-50 oC mäkne, čo nie je ideálne, ale napriek tomu je pomerne odolný.

Ako už bolo spomenuté, môžete použiť skvelý PLA filament, ako napr:

• CC3D Silk PLA
• GST3D PLA
• Predohra PLA

Podobne ako pri nylonových vláknach, aj pri PLA existujú rôzne varianty a kompozity, pričom niektoré sú silnejšie ako iné. V nasledujúcom videu sa pozrieme na rôzne materiály a kompozity a na to, ako reagujú na krútiaci moment (alebo rotačnú silu), a porovnáme ich pevnosť, počnúc rôznymi typmi PLA.

Nasledujúce video sa zaoberá odolnosťou PLA po 2 rokoch každodenného používania (ako príklad je použitý tento súbor Fusion 360).

Mnohí ľudia používajú PLA na menej zložité projekty (ako napríklad vyššie uvedené Geared Heart) a pre tento druh projektov je tento filament skvelou voľbou.

Niekedy ľudia vytlačili z PLA dočasné náhradné ozubené kolesá pre zložitejšie stroje s úspešným výsledkom.

4. PEEK

PEEK je veľmi kvalitný filament, ktorý možno použiť na 3D tlač ozubených kolies, ale vyžaduje si špecializovanú 3D tlačiareň a profesionálnejšie nastavenie.

Jednou z hlavných vlastností PEEK-u je jeho pevnosť, v súčasnosti je to najsilnejší filament na trhu, ktorý si môžete kúpiť a 3D tlačiť doma, hoci správne nastavenie podmienok tlače môže byť náročné.

Keďže PEEK sa používa v leteckom, lekárskom a automobilovom priemysle, 3D tlač ozubených kolies z tohto materiálu by vám priniesla výnimočné výsledky. Ide však o veľmi drahý materiál, ktorý stojí približne 350 USD za 500 g. Je tiež ťažké tlačiť ho doma, preto nemusí byť ideálnou voľbou.

Pozrite si toto video, ktoré vám predstaví systém PEEK.

Podobné modely na predaj si môžete pozrieť na stránke Vision Miner.

Ako urobiť 3D tlačené ozubené kolesá pevnejšími?

Aby boli vaše 3D tlačené ozubené kolesá pevnejšie, môžete kalibrovať tlačiareň, tlačiť ozubené kolesá lícom nadol, aby ste sa vyhli podperám, upraviť teplotu tlače, aby sa filament dobre spojil, upraviť nastavenia výplne a vyrobiť menej zubov, takže každý zub môže byť vytlačený hrubší a silnejší.

Kalibrácia tlačiarne

Ako pri každej tlači, aj tu by vám mala správna kalibrácia tlačiarne pomôcť, aby boli vaše 3D tlačené ozubené kolesá pevnejšie a rozmerovo presnejšie.

V prvom rade si dajte pozor na vyrovnanie lôžka a vzdialenosť trysky od lôžka, aby ste dosiahli silnú prvú vrstvu a dobrú priľnavosť vrstvy pre vaše zariadenie.

Po druhé, nakalibrujte E-Steps a Flow Rate, aby cez extrudér prúdilo správne množstvo vlákna a aby ste sa vyhli fľakom alebo medzerám v 3D tlačenom ozubenom kolese, ktoré môžu ohroziť jeho integritu. Tu je video, ktoré vysvetľuje, ako túto kalibráciu vykonať.

Tlač zariadenia lícom nadol

Ozubené kolesá vždy tlačte lícom nadol, aby sa zuby ozubených kolies dotýkali postavenej dosky. Vznikne tak ozubené koleso s pevnejšími zubami, pretože priľnavosť vrstvy je bezpečnejšia. Znižuje sa aj potreba podpier, ktoré pri odstránení môžu poškodiť celistvosť ozubeného kolesa.

Tu je video, ktoré podrobnejšie vysvetľuje orientáciu tlače.

Ak máte ozubené koleso s montážou, vždy vytlačte ozubené koleso v spodnej časti s montážou na vrchu, ako je znázornené na videu nižšie.

Kalibrácia teploty tlače

Chcete zistiť najlepšiu teplotu, aby sa váš filament správne roztavil a priľnul k sebe. Môžete to urobiť vytlačením kalibračnej veže teploty z Thingiverse.

Existuje novšia technika nastavenia kalibračnej veže teploty prostredníctvom programu Cura. Pozrite si nasledujúce video a zistite, ako to môžete urobiť pre svoju vlastnú 3D tlačiareň.

Zvýšením teploty bez kalibračného testu môžete viac roztaviť filament a dosiahnuť lepšie spojenie vrstiev. Ak máte takéto problémy, zvyčajne dobre funguje zvýšenie teploty o 5 - 10 °C.

To sa môže spájať so znížením alebo úplným odstránením chladenia, aby sa zlepšila priľnavosť vrstiev. Ak to však nefunguje tak, aby sa vaše prevody stali silnejšími, mali by ste vykonať kalibračný test.

Úprava nastavení výplne

Všeobecne platí, že na dosiahnutie dobrej úrovne pevnosti výstroja je potrebná hodnota výplne aspoň 50 %, ale táto hodnota sa môže líšiť v závislosti od vzoru výplne.

Niektorí používatelia odporúčajú 100 % výplň pre menšie ozubené kolesá, zatiaľ čo iní odporúčajú, že čokoľvek nad 50 % funguje a vysoké percento výplne nebude mať vplyv. Bolo navrhnuté, že je dobré použiť vzor výplne trojuholníka, pretože poskytuje silnú vnútornú podporu.

Jedným z nastavení výplne, ktoré posilní váš výstroj, je Percento prekrytia výplne, ktoré meria prekrytie medzi výplňou a stenami modelu. Čím vyššie je percento, tým lepšie je spojenie medzi stenami a výplňou.

Nastavenie prekrývania výplne je predvolene nastavené na 30 %, takže by ste ho mali postupne zvyšovať, kým sa medzi výplňou a obvodom zariadenia nezobrazia žiadne medzery.

3D tlač ozubených kolies s menším počtom zubov

Menší počet zubov na ozubenom kolese znamená väčšie a pevnejšie zuby, čo znamená celkovo pevnejšie ozubené koleso. Menšie zuby sú náchylnejšie na zlomenie a je ťažšie ich presne vytlačiť.

Hrúbka zubov ozubeného kolesa by mala byť 3 až 5-násobkom kruhovej rozteče a zväčšenie šírky ozubeného kolesa úmerne zvyšuje jeho pevnosť.

Ak to váš projekt umožňuje, vždy zvoľte minimálny požadovaný počet zubov. Tu je podrobnejší návod, ako pristupovať k návrhu ozubených kolies pre maximálnu pevnosť.

Existuje naozaj skvelá webová stránka s názvom Evolvent Design, kde si môžete vytvoriť vlastný návrh zariadenia a stiahnuť si súbor STL na 3D tlač.

Ako mazať ozubené kolesá PLA?

Na mazanie ozubených kolies by ste mali použiť mazivo alebo olej na pokrytie ozubených kolies, aby sa ľahšie otáčali a posúvali. Medzi obľúbené mazivá pre 3D tlačené ozubené kolesá patria mazivá na báze lítia, silikónu alebo PTFE. Dodávajú sa v aplikačných fľašiach a sprejoch v závislosti od vašich preferencií.

Napríklad pre PLA je najlepšie zvoliť ľahšie mazivo, aj keď vyššie uvedené mazivá sa tiež hojne používajú s uspokojivými výsledkami.

Rôzne typy mazív majú rôzne spôsoby aplikácie. Lítiové mazivo sa nanáša priamo na ozubené kolesá, zatiaľ čo PTFE sa zvyčajne dodáva vo forme spreja. Naneste vybrané mazivo a roztočte ozubené kolesá, aby ste sa uistili, že otáčanie je hladké.

Medzi mazivá s dobrými recenziami patrí syntetický olej Super Lube 51004 s PTFE, biele lítiové mazivo STAR BRITE alebo dokonca kozmetická vazelína. Super Lube je však pravdepodobne obľúbenejšou možnosťou pre 3D výtlačky, pretože má viac ako 2 000 hodnotení, z ktorých 85 % bolo v čase písania tohto článku 5 a viac hviezdičiek.

Mnohí používatelia 3D tlačiarní používajú mazivo Super Lube na celý rad dielov, ako sú závesy, lineárne koľajnice, tyče a ďalšie. Tento produkt by bolo skvelé použiť aj na 3D tlačené ozubené kolesá.

Prevody by ste mali pravidelne čistiť a mazať, aby ste zabezpečili hladký chod mechanizmu (viac informácií o čistení tlačených prevodov nájdete v tejto príručke).

Môžete 3D tlačiť šnekový prevod?

Áno, šnekové prevody môžete tlačiť 3D. Ľudia používajú na šnekové prevody rôzne materiály, pričom najobľúbenejšou voľbou je nylon, pretože je pevnejší a odolnejší, ďalej PLA a ABS, ktoré fungujú oveľa lepšie, keď sú mazané. Používatelia odporúčajú tlačiť ich pri 450, aby sa zabránilo nadmernému navliekaniu a podperám.

Jeden používateľ použil PETG aj na tlač šnekového prevodu pre svoje stierače do auta, ktorý úspešne funguje už viac ako 2,5 roka.

Tu je video, ktoré testuje odolnosť a pevnosť suchých a mazaných šnekových prevodov z PLA, PETG a ABS pri vysokých rýchlostiach.

Hoci je to veľmi možné, správne navrhnutie a tlač šnekových prevodov môže byť trochu náročné, pretože potrebujete presnosť a odolnosť.

Okrem toho by mazanie ozubených kolies mohlo predstavovať určité ťažkosti, pretože mazivo má tendenciu sa pri otáčaní odstraňovať, čím zostáva ozubené koleso nechránené. Preto je pre šnekové prevody zvyčajne prvou voľbou nylon, pretože nepotrebuje dodatočné mazanie.

Dá sa 3D tlač ozubených kolies pomocou živice?

Áno, je možné úspešne vytlačiť 3D prevody z živice a získať z nich nejaké využitie. Odporúčal by som vám zakúpiť špeciálnu inžiniersku živicu, ktorá v porovnaní s bežnou živicou vydrží oveľa väčšiu silu a krútiaci moment. Môžete tiež primiešať trochu pružnej živice, aby bola menej krehká. Vyhnite sa príliš dlhému vytvrdzovaniu dielov.

Nižšie uvedené video od Michaela Rechtina je naozaj skvelé experimentálne testovanie 3D tlačenej planetovej prevodovky pomocou 3D tlače zo živice aj FDM. Na tento test použil tvrdú PLA & živicu podobnú ABS.

Jeden používateľ spomenul, že jeho skúsenosti s 3D tlačenými ozubenými kolesami sú také, že ozubené kolesá zo živice môžu byť v skutočnosti pevnejšie ako ozubené kolesá FDM. Mali dve aplikácie, v ktorých sa zuby 3D tlačených ozubených kolies FDM odstrihli, ale s odolnými 3D výtlačkami zo živice fungovali dobre.

Ozubené kolesá vydržali približne 20 hodín, kým sa zlomili alebo zdeformovali. Nakoniec prešli na remenice a remene, aby dosiahli lepšie výsledky v ich konkrétnom projekte, ktorý úspešne funguje už viac ako 3 000 hodín.