Det finns många som 3D-utskriver kugghjul, men det kan vara svårt att avgöra vilket filament du ska använda för dem. Den här artikeln ger dig vägledning om vilka de bästa filamenten för kugghjul är och hur du 3D-utskriver dem.

Om det är detta du letar efter, läs vidare för att få information om 3D-printade kugghjul.

Är 3D-printade kugghjul tillräckligt starka?

Ja, 3D-utskrivna kugghjul är tillräckligt starka för många vanliga mekanismer och för olika användningsområden. Material som nylon eller polykarbonat är att föredra för utskrift av kugghjul eftersom de är starkare och mer hållbara. 3D-utskrivna kugghjul kan föredras framför kugghjul av metall på grund av deras lägre vikt, för robotprojekt eller ersättningar.

Dessutom kan du spara mycket tid genom att designa och skriva ut dina egna delar, eftersom det kan ta lång tid att beställa ersättningsdelar för vissa mekanismer.

Å andra sidan är 3D-printade kugghjul sannolikt för svaga för tunga maskiner, oavsett vilken typ av filament du använder, om du inte skriver ut dem på ett professionellt center som använder mycket starka material.

Här är en exempelvideo av en användare som framgångsrikt ersatte en skadad plastväxel till en radiostyrd bil med en 3D-utskriven nylonfilamentväxel.

Beroende på vad du ska använda kugghjulen till ger olika material bättre resultat, och jag kommer att gå igenom lämpliga material för 3D-utskrift av kugghjul i följande avsnitt.

Kan PLA användas för kugghjul?

Ja, PLA kan användas för kugghjul och det har fungerat bra för många användare som 3D-skrivit ut dem. Ett exempel på 3D-skrivna kugghjul som framgångsrikt tillverkats av PLA är från en Hjärtat med kugghjul 3D-utskrift som innehåller rörliga kugghjul. Den har över 300 kugghjul, många av dem tillverkade av PLA. För enkla kugghjulsmodeller fungerar PLA bra.

I det här fallet tillverkade användarna växlarna av filament som CC3D Silk PLA, GST3D PLA eller Overture PLA, som finns på Amazon. Vissa PLA-typer, färger eller kompositer fungerar bättre än andra, och jag kommer att återkomma till dessa i följande avsnitt.

PLA är inte det starkaste eller mest motståndskraftiga materialet när det gäller hållbarhet och vridmoment (rotationskraft), och det deformeras vid temperaturer på över 45-500 °C, men det presterar förvånansvärt bra för sitt överkomliga pris, och det är ett material som är mycket lätt att skaffa.

Ta en titt på den här videon som testar styrkan och hållbarheten hos smorda PLA-kugghjul.

Bästa filament för 3D-utskrift av växlar

Polykarbonat och nylon verkar vara de bästa filamenten för 3D-utskrift av redskap hemma, på grund av deras hållbarhet och styrka. Polykarbonat har överlägsna mekaniska egenskaper. Nylon är dock mycket mer lättillgängligt och mångsidigt, vilket är anledningen till att det ofta anses vara det bästa filamentet, eftersom fler människor använder det.

Nedan följer en mer detaljerad beskrivning av dessa filament, samt det mycket populära PLA.

1. Polykarbonat

Polykarbonat är inte ett vanligt filament, främst för att det är lite dyrare och för att du behöver en skrivare vars munstycke kan nå en temperatur på 300 °C. Det kan dock fortfarande kategoriseras som ett standardfilament, eftersom många använder det för sina projekt hemma.

Polymaker PolyMax PC är ett högkvalitativt filamentmärke som du kan köpa från Amazon. Det är lättare att skriva ut än många andra polykarbonatfilament enligt många recensenter.

En användare beskrev den som lätt att arbeta med, även på en Ender 3. Det är en komposit-PC, så du förlorar en del styrka och värmebeständighet för att få en bättre utskriftsmöjlighet. Polymaker har gjort en bra avvägning av detta, och du behöver inte ens en speciell bädd eller ett särskilt hölje för att få bra utskrifter.

Det finns många olika typer av polykarbonatfilament, som varierar beroende på tillverkare, och som alla har lite olika prestanda och krav.

Filamentet är mycket starkt och tål temperaturer på upp till 150 °C utan att deformeras. Om du behöver skriva ut en kugghjul som du vet kommer att bli varm i mekanismen kan detta vara det bästa valet av material.

Å andra sidan är det svårare att skriva ut och kräver hög värme från både munstycke och bädd.

2. Nylon

Nylon är kanske det mest populära valet för 3D-utskrifter hemma, och det är ett av de bästa alternativen bland de vanliga och prisvärda filamenten på marknaden.

Detta material är starkt och flexibelt och har hög värmebeständighet, vilket innebär att det kan fungera utan att deformeras vid temperaturer på upp till 120 °C.

Det är också hållbart, och en användare nämnde att en utbytesväxel som 3D-printades i nylon höll i över två år. Det är dock dyrare än PLA och lite svårare att skriva ut, men det finns många handledningar och instruktioner på nätet som kan hjälpa dig att skriva ut hållbara växlar.

En underkategori av nylonfilament är kolfiberförstärkt nylon som ska vara starkare och styvare än vanligt nylonfilament, men användarnas åsikter är blandade i detta fall.

Jag skulle rekommendera något som SainSmart Carbon Fiber Filled Nylon Filament från Amazon. Många användare älskar dess styrka och hållbarhet.

Några populära märken som erbjuder nylon- och kolfibernylonfilament är MatterHackers, ColorFabb och Ultimaker.

En annan bra nylonfilament som du kan köpa för 3D-utskrift av telefonfodral är Polymaker Nylon Filament från Amazon. Användarna har hyllat den för dess seghet, lätthet att skriva ut och estetik.

En nackdel med nylon är att det absorberar mycket fukt, så du måste se till att du förvarar det på rätt sätt och håller det så torrt som möjligt.

Vissa rekommenderar att du skriver ut direkt från en förvaringslåda med kontrollerad luftfuktighet, till exempel SUNLU Filament Dryer från Amazon.

3. PLA

PLA är utan tvekan det mest populära filamentet för 3D-utskrift i allmänhet, vilket gör det lättillgängligt både när det gäller pris och olika typer av finish.

När det gäller växlar fungerar den bra, även om den inte är lika stark eller motståndskraftig som nylon. Den mjuknar när den utsätts för temperaturer över 45-50oC, vilket inte är idealiskt, men den är ändå ganska hållbar.

Som tidigare nämnts kan du välja en bra PLA-filament, till exempel:

• CC3D Silk PLA
• GST3D PLA
• Öppning PLA

I likhet med nylonfilament finns det olika varianter och kompositer av PLA, varav vissa är starkare än andra. I videon nedan visas olika material och kompositer och hur de reagerar på vridmoment (eller rotationskraft), och deras styrka jämförs, med utgångspunkt i olika typer av PLA.

I videon nedan visas PLA:s hållbarhet efter två års daglig användning (med denna Fusion 360-fil som exempel).

Många använder PLA för mindre komplexa projekt (t.ex. Geared Heart som nämns ovan), och för den typen av projekt är denna glödtråd ett utmärkt val.

Ibland skrev man ut tillfälliga ersättningsväxlar av PLA för mer komplexa maskiner, med lyckat resultat.

4. PEEK

PEEK är ett filament på mycket hög nivå som kan användas för 3D-utskrift av kugghjul, men det kräver en specialiserad 3D-skrivare och en mer professionell inställning.

En av de viktigaste egenskaperna hos PEEK är hur starkt det är. Det är för närvarande det starkaste filamentet på marknaden som du kan köpa och skriva ut i 3D hemma, även om det kan vara svårt att få utskriftsförhållandena att stämma.

Eftersom PEEK används inom flyg-, medicin- och bilindustrin skulle 3D-utskrift av kugghjul i detta material ge dig exceptionella resultat. Det är dock ett mycket dyrt material, som kostar cirka 350 dollar för 500 g. Det är också svårt att skriva ut hemma, vilket är anledningen till att det kanske inte är ett idealiskt val.

Ta en titt på den här videon som ger en introduktion till PEEK.

Du kan se liknande modeller till salu på Vision Miner.

Hur gör man 3D-printade kugghjul starkare?

För att göra dina 3D-printade kugghjul starkare, Du kan kalibrera skrivaren, skriva ut kugghjulen med framsidan nedåt för att undvika stöd, justera utskriftstemperaturen för att se till att filamentet binds väl, justera inställningarna för fyllning och göra färre tänder så att varje tand kan skrivas ut tjockare och starkare.

Kalibrera skrivaren

Som med alla utskrifter bör du kalibrera skrivaren ordentligt för att göra dina 3D-utskrivna kugghjul starkare och mer dimensionellt exakta.

För det första ska du vara noga med att jämna ut bädden och med munstyckets avstånd från bädden, så att du kan få ett starkt första skikt och en god vidhäftning av skiktet för din utrustning.

För det andra ska du kalibrera E-Steps och Flow Rate så att rätt mängd filament flödar genom extrudern och du undviker klumpar eller luckor i dina 3D-utskrivna kugghjul, vilket kan äventyra dess integritet. Här finns en video som förklarar hur du gör denna kalibrering.

Skriv ut växeln med framsidan nedåt

Skriv alltid ut dina kugghjul med framsidan nedåt, så att kugghjulens tänder rör vid den byggda plattan. Det ger ett kugghjul med starkare tänder eftersom vidhäftningen mellan skikten är säkrare. Det minskar också behovet av stöd, som när de tas bort kan skada kugghjulets integritet.

Här finns en video som förklarar utskriftsorientering mer ingående.

Om du har en kugghjul med ett fäste ska du alltid skriva ut kugghjulet längst ner och fästet högst upp, som visas i videon nedan.

Kalibrera utskriftstemperaturen

Du vill hitta den bästa temperaturen för att filamentet ska smälta ordentligt och hålla sig. Du kan göra det genom att skriva ut ett temperaturkalibreringstorn från Thingiverse.

Det finns en nyare teknik för att ställa in ett temperaturkalibreringstorn i Cura. Titta på videon nedan för att se hur du kan göra detta för din egen 3D-skrivare.

Att höja temperaturen utan ett kalibreringstest kan göras för att smälta filamentet mer och få skikten att fästa bättre. Vanligtvis fungerar det bra att höja temperaturen med 5-10 °C om du upplever sådana problem.

Detta kan kombineras med att minska eller ta bort kylningen helt och hållet för att få bättre vidhäftning av skikten. Om detta inte fungerar för att göra dina kugghjul starkare bör du dock göra ett kalibreringstest.

Justera inställningarna för utfyllnad

Generellt sett behöver du ett fyllnadsvärde på minst 50 % för att uppnå en bra hållfasthet för växeln, men värdet kan variera beroende på fyllnadsmönstret.

Vissa användare rekommenderar 100 % fyllning för mindre kugghjul, medan andra menar att allt över 50 % fungerar och att en hög fyllningsprocent inte gör någon skillnad. Det har föreslagits att triangelmönstret är bra att använda eftersom det ger ett starkt inre stöd.

En inställning för utfyllnad som gör din utrustning starkare är Infill Overlap Percentage, som mäter överlappningen mellan utfyllnaden och modellens väggar. Ju högre procentsats, desto bättre är anslutningen mellan väggarna och utfyllnaden.

Inställningen Infill Overlap är som standard inställd på 30 %, så du bör gradvis öka den tills du inte längre ser några luckor mellan infill och omkretsen på din utrustning.

3D-utskrift av kugghjul med färre tänder

Ett mindre antal tänder på en kugghjul innebär större och starkare tänder, vilket i sin tur innebär ett starkare kugghjul som helhet. Mindre tänder är mer benägna att gå sönder och de är svårare att skriva ut på ett korrekt sätt.

Tandtjockleken på kugghjulet bör vara 3-5 gånger större än den cirkulära ökningen, och om kugghjulet blir bredare ökar dess styrka proportionellt.

Om ditt projekt tillåter det, välj alltid det minsta antal tänder som krävs. Här finns en mer detaljerad guide om hur man utformar kugghjul för maximal hållfasthet.

Det finns en riktigt cool webbplats som heter Evolvent Design där du kan skapa din egen design och ladda ner STL-filen för 3D-utskrift.

Hur smörjer man PLA-kugghjul?

För att smörja kugghjul ska du använda fett eller olja för att täcka kugghjulen så att de roterar och glider lättare. Populära smörjmedel för 3D-printade kugghjul är litium-, silikon- eller PTFE-baserade smörjmedel. De finns i flaskor och sprayer beroende på vad du föredrar.

För PLA är det till exempel bäst att välja ett lättare smörjmedel, även om de ovan nämnda fetterna också har använts i stor utsträckning med tillfredsställande resultat.

Olika typer av smörjmedel har olika sätt att applicera dem på. Litiumfett appliceras direkt på kugghjulen, medan PTFE vanligtvis kommer i sprayform. Applicera det valda smörjmedlet och snurra kugghjulen för att se till att rotationen är jämn.

Några smörjmedel med bra recensioner är Super Lube 51004 Synthetic Oil with PTFE, STAR BRITE White Lithium Grease eller till och med kosmetisk Vaseline. Super Lube är förmodligen det mest populära alternativet för 3D-utskrifter, med över 2 000 omdömen, varav 85 % har 5 stjärnor eller mer i skrivande stund.

Många användare av 3D-skrivare använder Super Lube för en rad olika delar, t.ex. gångjärn, linjära skenor, stänger m.m. Detta skulle vara en utmärkt produkt att använda även för 3D-skrivna kugghjul.

Du bör rengöra och smörja kugghjulen med jämna mellanrum för att säkerställa att mekanismen fungerar smidigt (ta en titt på den här guiden för mer information om rengöringsprocessen för tryckta kugghjul).

Kan man 3D-skriva ut en maskväxel?

Ja, det går att 3D-skriva maskinkugghjul. Folk har använt olika material för maskinkugghjul, där nylon är det mest populära valet eftersom det är starkare och mer hållbart, följt av PLA och ABS, som fungerar mycket bättre när de är smörjda. Användare rekommenderar att du skriver ut dem på en 450-talsnivå för att undvika överdriven strängar och stöd.

En användare använde också PETG för att skriva ut en snäckväxel till sina biltorkare, som har fungerat i över 2,5 år.

Här är en video som testar hållbarheten och styrkan hos både torra och smörjda snäckväxlar av PLA, PETG och ABS i höga hastigheter.

Även om det är mycket möjligt kan det vara lite svårt att utforma och skriva ut snäckväxlar på rätt sätt, eftersom du behöver precision och hållbarhet.

Dessutom kan det vara svårt att smörja kugghjulen, eftersom smörjmedlet tenderar att avlägsnas i rotationsprocessen och kugghjulet blir oskyddat. Därför är nylon vanligtvis det första valet för snäckväxlar, eftersom det inte behöver extra smörjning.

Kan man hartsa 3D-utskrifter av kugghjul?

Ja, det är möjligt att 3D-skriva ut kugghjul med hjälp av harts och få användning av dem. Jag rekommenderar att du köper ett speciellt konstruktionsharts som tål mycket mer kraft och vridmoment än normalt harts. Du kan också blanda i lite flexibelt harts för att göra det mindre sprött. Undvik att härda delarna för länge.

Videon nedan av Michael Rechtin är ett riktigt häftigt experiment som testar en 3D-utskriven planetväxellåda med hjälp av både harts och FDM 3D-utskrift. Han använde Tough PLA & ABS-liknande harts för detta test.

En användare nämnde att deras erfarenhet av 3D-utskrivna kugghjul var att kugghjul i harts faktiskt kan vara starkare än FDM-kugghjul. De hade två tillämpningar där tänderna på de 3D-utskrivna FDM-kugghjulen klipptes av, men de fungerade bra med de hårda 3D-utskrifterna i harts.

Kugghjulen höll i ungefär 20 timmar innan de gick sönder eller deformerades. De bytte till slut till remskivor och kuggremmar för att få bättre resultat i sitt projekt, som har fungerat framgångsrikt i över 3 000 timmar.