Оптимальные материалы для шестеренок из пластика
Начнем руководство с того, какие материалы подходят для производства шестерни на 3D принтере? Основным материалом является пластик, но выбор зависит от поставленных задач и требуемой прочности изделия. Зачастую печать шестеренок на 3d принтере происходит с использованием пластиков:
- Nylon (PA). Этот материал прочный и считается одним из наиболее надежных для создания подвижных узлов и деталей. Но следует учитывать, что нейлон хорошо впитывает влагу, поэтому не рекомендуется использовать его для изготовления шестеренок в помещениях с высокими показателямивлажности.
- PETG. Этот вид пластика также относится к высокопрочным материалам. Хотя он несколько уступает нейлону по характеристикам, его ценят за прекрасную спекаемость слоев и отличное сцепление споверхностьюрабочей.
- PLA и ABS. Эти два материала соперничают между собой, и выбор часто зависит от предпочтений печатника. Оба материала имеют примерно равные эксплуатационные характеристики, различия касаются в основном температурных режимов. PLA работает при температуре 75 °C, в то время как ABS может быть нагрет до 110 °C.
Выбор фотополимера зависит от опыта печатника, его бюджета и целей использования шестерни. Для небольших нагрузок и редкого использования можно выбрать PLA и ABS, в то время как для более требовательных задач лучше подходит PETG или Nylon (PA).
|
|
|
Инструкция по печати и сборке шестереночного выключателя
Пользователи 3D-принтеров могут загрузить STL-файлы абсолютно бесплатно. Важно обратить внимание на условия лицензии «Только для личного пользования». Это означает, что результат использования нельзя распространять, продавать, обменивать и так далее. Для работы использовать можно любой материал.
Инструкция по сборке устройства:
- Очистите зубья шестеренок лезвием. Это необходимо для того, чтобы они правильно совмещались. Далее монтируйте их на пластинку с тем же направлением вращения, что и при печати.
- Зафиксируйте основную шестеренку, вставив штырьки в отверстия.
- Нанесите небольшое количество сухого клея (идеально подойдет клеящий карандаш) на конец рычага и установите рычаг с той стороны, с которой он совпадает по штырькам. Клей нужен для надежной фиксации рычага на штырьках, а также для прижима основной шестеренки.
- Нагрейте и размягчите зажимы, чтобы их можно было раскрыть. Выравнивайте края зажимов с отверстиями с задней стороны пластины и охватите шестеренку по кругу. Прижимайте зажимы до полного застывания. Это гарантирует надежное крепление всех элементов.
Особые преимущества послойной печати и примеры использования шестеренок
3д печать шестеренок, изготовленных при помощи пластика, является экономичным и быстрым процессом. Сложные шестеренки и их 3д вариации легко печатаются, обеспечивая быстрый и аккуратный процесс прототипирования. Важным преимуществом является широкое распространение 3D-принтеров – это дает возможность тысячам людей использовать набор STL файлов из интернета.
Естественно, печать шестеренок с использованием общих пластиков является компромиссом по качеству поверхности, стойкости к износу по сравнению с литыми либо обработанными пластиковыми шестернями. Тем не менее с правильным проектированием напечатанные шестеренки могут быть эффективным и разумным выбором, а в некоторых случаях – идеальным.
Специфические проблемы послойной печати
3d печать шестеренок процесс довольно сложный. Во время печати шестеренок могут возникнуть ошибки, и важно уметь их замечать, и предотвращать. Наиболее распространенные ошибки и методы их решения:
- Уменьшение диаметра главного отверстия. Это частая проблема из-за недооценки усадки материала. Также экспорт STL модели с недостаточным количеством сегментов может привести к образованию многоугольного отверстия. Всегда экспортируйте файл с достаточным количеством сегментов, чтобы избежать этой проблемы.
- Щели между зубьями. Даже при 100% заполнении могут возникнуть щели. Решение – увеличение параметра перекрытия слоев в программе слайсинга.
- Низкая прочность деталей. Для более гладких зубьев установите немного ниже толщину слоя. Также используйте 3d печать с минимальной толщиной стенок не меньше 3 периметров.
- Монолитная деталь. Для повышения прочности предпочтительно создавать монолитные детали, избегая лишних отверстий и выемок, за исключением главного отверстия по центру.
Наиболее распространенные причины отказа напечатанных шестеренок
Основные причины, которые могут привести к отказу напечатанных шестеренок:
- Стачивание зубцов – происходит в результате длительного использования шестеренок;
- Поломка зубцов – возникнуть может при высоких нагрузках на шестеренку;
- Проблемы с насаживанием на ось – случиться могут при неправильном насаживании на ось;
- Поломка тела/спицы.
Важность эвольвента
Моделирование шестеренок не такая простая задача, как изначально кажется. Плохо спроектированные шестеренки подвержены неполному сцеплению, избыточному трению, давлению и отдаче, а также неоднородной скорости вращения.
Эвольвента, или инволюта, представляет собой оптимальную кривую, описываемую вдоль заданного контура. В техническом контексте эвольвенту окружности используют как профиль зубца для зубчатых колес. Это необходимо для поддержания постоянной скорости вращения и угла сцепления. Хорошо спроектированный набор шестеренок позволяет обеспечивать передачу движения исключительно через вращение с минимальным проскальзыванием.
Создание модели эвольвентной шестеренки с нуля может быть достаточно утомительным занятием. Поэтому перед тем, как приступить к этому, разумно поискать готовые шаблоны.
О тонкостях моделирования зубца
Количество зубцов
Размышляем о том, сколько зубцов должно быть на шестеренке, если нужно передаточное число 2:1 для механизма линейного. Вариации 30/60, 15/30 – все дадут одинаковый результат, но каждый набор шестеренок при печати будет иметь свои особенности.
Увеличение количества зубцов обеспечивает более высокий коэффициент сцепления и гладкое вращение, однако приводит к уменьшению размеров каждого зубца. Это делает их более хрупкими и усложняет точное воспроизведение при печати. Уменьшение количества зубцов увеличит объем зубчатой системы, повысив ее прочность.
Печать мелкой шестерни на 3D-принтере подобно раскрашиванию тонких линий крупной кистью. Оптимальное соотношение количества зубцов в интервале 0,2–5 для равномерного износа.
Угол давления и прочность зубцов
Зубцы с большим углом давления, напоминающим треугольную форму, обладают большей прочностью, но менее эффективны в сцеплении. Такие зубцы проще печатать, но в процессе работы они могут создавать высочайшую радиальную нагрузку, издавать больше шума. В контексте 3D-печати оптимальным выбором является угол давления в пределах 25 градусов.
Как укрепить зубцы ещё?
Просто увеличьте толщину шестерни. Общее правило гласит: толщина должна быть от трех до пяти раз больше шага зацепления шестерни.
Методы крепления на ось
3d-печать шестеренок проходить может с разными методами крепления оси. Основные методы:
- Тугая насадка на ось с насечками. Этот простой, хоть и самый используемый метод, предполагает плотное прилегание насадки на ось с наличием насечек. Однако важно следить за возможным перекосом пластика, который со временем может повлиять на передачу момента.
- Ось на винте фиксирующем в плоскости шестерни. Этот метод может использовать направление винта непосредственно в тело шестерни либо через гайку утопленную в отверстии. Каждый подход несет свои риски, такие как возможность срыва хрупкой пластиковой резьбы.
- Утопленный шестигранник. Метод включает в себя создание шестиугольной врезки, где размещается шестиугольная гайка под шестиугольным винтом. Важно печатать достаточное количество сплошных слоев вокруг шестиугольника для обеспечения прочного удержания винта, особенно при высоких оборотах.
- Клин. Хотя клин встречается редко, когда делается любительская печать шестеренок, но он может использоваться как альтернативный метод крепления оси.
- Ось как единое целое с гайкой. Данное решение, хоть и эффективно противостоит нагрузкам на скручивание, сложно реализовать на принтере из-за технических трудностей, связанных с печатью осей перпендикулярно поверхности стола.
Некоторые типы шестеренок
Создать на 3d принтере можно различные шестерни. Каждый из подвидов имеет свои особенности.
Зубчатое колесо спиральное. Часто применяется в экструдерах 3D-принтеров. Несмотря на сложность в работе, у этого типа шестеренок есть свои преимущества, такие как высокий коэффициент сцепления, самоцентрирование и самовыравнивание. Однако последнее свойство, самовыравнивание, может вызывать некоторые неудобства, так как оно оказывает влияние на работу всей конструкции.
Червячная шестерня представляет собой легко моделируемую деталь, и очень часто существует соблазн использовать её в конструкциях. Следует отметить, что передаточное число системы с червячной шестерней равно числу зубцов шестерни, деленному на количество начинающихся спиралей на торце червяка. Обычно это число находится в диапазоне от 1 до 3.
Реечная шестерня предназначена для преобразования вращательного движения в линейное и наоборот. Здесь удобно вычислять плотность зубцов, умножив плотность зубцов на реечке на число π и на диаметр шестерни. Такой подход позволяет легко определить параметры и обеспечивает эффективное функционирование механизма.
Смазка 3D-напечатанных шестеренок
Если ваше оборудование работает при невысоких нагрузках и скоростях, а также низких частотах, то вопрос смазки шестеренок, созданных при помощи 3д печати, может оставаться на втором плане. Но, чем выше становится нагрузка, тем больше увеличивается необходимость в смазке шестерни. В любом случае, наличие смазки значительно повышает эффективность работы шестерен после их печати, обеспечивая их долговечность.
Для объектов, подвергающихся высоким нагрузкам рекомендуется применять смазки плотные. Прекрасно подойдут литол либо смазки на базе силикона. Важно удостовериться в химической совместимости выбранной смазки с пластиком, который применяли, делая 3d печать шестеренок.
Инструментарий для производства шестеренок
Инструменты для создания шестеренок могут быть бесплатными. Это позволяет создавать высококачественные соединения. Хотя существуют платные программы с продвинутыми возможностями, оптимизированными настройками и высокой производительностью для создания сложных шестереночных механизмов. Важно обеспечить совместимость шестеренок внутри одного механизма, и для этого необходимо использовать один и тот же инструмент. Моделирование шестеренок парами может значительно улучшить соединение, обеспечивая необходимую сцепляемость.
Не-FDM 3D-печать
Помимо FDM существуют и другие технологии печати. Разнообразие способов может быть полезным при создании шестеренок. Технология SLA представляет собой отличный вариант для профессионального прототипирования шестеренок. С её помощью можно достигнуть невидимости слоев и изготавливать мелкие детали. Однако такие детали обходятся дорого и могут оказаться хрупкими.
3д печать шестерня по технологии SLS обеспечивает высокую точность и прочность деталей, не требуя поддержек для нависающих структур. Возможно создание сложных и подробных изделий, однако шершавая поверхность, свойственная печати порошковой, подвержена износу.
Ещё одна технология для 3d печать шестерн – BinderJet. Она подходит для создания детализированных и точных декоративных элементов, не предназначенных для конструкционного использования. Хотя эта технология может поражать разноцветностью и деталями, полученные детали часто бывают хрупкими и зернистыми, а это делает их неподходящими для функциональных шестеренок.
Если вас интересует 3д печать шестеренок в Москве по выгодной цене, то наша компания к вашим услугам. Стоимость услуги оправдана качеством её предоставления. У нас предоставляются гибкие условия доставки и оплаты. Оформить заказ Вы можете уже сейчас. Звоните: +7 (495) 620-58-78, почта: sales@cybercom.ru!
