Engrenages imprimés en 3D en PA 12 : conception, limites et lubrification

Quand les engrenages en nylon SLS sont pertinents

• Prototypes de boîtes de vitesses et de mécanismes, pour tester le fonctionnement avant le moulage ou l'usinage.
• Mécanismes légers : dispositifs de réglage, cadrans, entraînements de petits appareils, actionneurs à charges modérées.
• Bancs d'essai, gabarits et automatisation : des engrenages sur mesure qui seraient coûteux à usiner un par un.
• Pièces de rechange pour les machines et appareils dont l'original n'est plus disponible.
• Pièces intégrées : un engrenage avec une came, un levier, un moyeu ou une bride de montage d'un seul tenant.

Le facteur commun : des charges modérées, des vitesses modérées et une valeur ajoutée dans la liberté de conception ou la rapidité. Pour un engrenage qui doit transmettre un couple élevé en continu pendant des années, un engrenage moulé ou usiné conçu pour cette tâche est généralement le bon choix.

Ce que le matériau apporte

Le PA 12 est un polyamide résistant à faible frottement et à faible absorption d'humidité, de sorte que ses dimensions restent stables dans l'air humide. Pour le PA 2200, la poudre que nous imprimons, EOS indique un point de fusion de 176 °C, une résistance à la traction de 48 MPa dans le sens des couches et de 42 MPa à travers celles-ci, ainsi qu'un allongement à la rupture de 18 % contre 4 %. La rigidité diminue à mesure que la température augmente, de sorte qu'un engrenage qui chauffe en fonctionnement supporte moins de charge. Le guide du nylon PA12 donne une vue d'ensemble.

Règles de conception pour les engrenages SLS

Utilisez une géométrie à développante standard

Générez le profil de la dent avec votre outil d'engrenage CAO plutôt que de le dessiner à la main. Les engrenages à développante standard s'engrènent en douceur et sont faciles à remplacer ultérieurement par des versions moulées ou usinées.

Privilégiez des dents plus grandes

Les couches ont une épaisseur d'environ un dixième de millimètre (EOS indique 0,12 mm pour le procédé PA 2200) et la surface est légèrement granuleuse. Les dents très fines perdent leur profil et supportent peu de charge. Un module plus grand offre des dents plus précises et plus de résistance ; si l'espace le permet, choisissez l'engrenage le plus grossier.

Prévoyez le jeu et l'entraxe

Notre directive de conception pour le PA 12 fritté au laser est une tolérance générale de ±0,3 % avec une limite inférieure de ±0,3 mm. Deux engrenages imprimés conçus sans jeu se bloqueront. Donnez du jeu à la paire lors de l'engrènement, et si l'entraxe est défini par votre boîtier, tenez compte de la tolérance des deux engrenages et du boîtier. Pour des trous d'arbre précis, concevez-les à la valeur nominale et alésez-les après l'impression. Plus d'informations dans Tolérances et jeux SLS.

Faites des dents suffisamment larges

Une face plus large répartit la charge. Les engrenages en plastique sont généralement fabriqués plus larges que les engrenages en acier pour la même fonction.

Concevez le moyeu pour le couple

Un alésage rond sur un arbre lisse glissera. Utilisez un profil en D, une clavette, un hexagone ou un moyeu de serrage, ou concevez pour un insert métallique (voir filetages et inserts posés à chaud en SLS PA 12). Le couple que la connexion peut supporter dépend de la géométrie et de la charge ; pour les entraînements critiques, faites vérifier la conception.

Des parois uniformes, pas de blocs massifs

Les sections pleines et épaisses rétrécissent plus que les sections fines lors du refroidissement de la pièce. Un grand engrenage avec un disque plein peut se déformer davantage qu'un engrenage avec une toile et des rayons ou des nervures. Maintenez un équilibre entre l'épaisseur de la jante, de la toile et du moyeu.

Orientation

Un engrenage imprimé avec sa face dans le plan de la couche a des dents formées dans la direction la plus résistante et un profil de dent net sans effet d'escalier. La préparation de l'impression choisit l'orientation pour l'ensemble du travail d'impression ; si un engrenage est critique, mentionnez-le.

Lubrification, rodage et usure

• Le fonctionnement à sec est possible à faibles charges et constitue l'un des avantages des engrenages en nylon.
• La lubrification réduit l'usure et le bruit à des charges plus élevées. Utilisez un lubrifiant compatible avec le polyamide ; la surface légèrement poreuse en absorbe une partie, réappliquez-le donc après le rodage.
• Rodage : les premières heures lissent les surfaces de contact. Attendez-vous à un peu de poussière fine.
• Appariement : un engrenage en nylon fonctionnant contre un engrenage en acier dissipe mieux la chaleur que deux engrenages en nylon ensemble.
• La chaleur est la limite principale : le frottement chauffe les dents et la rigidité diminue. Une vitesse ou une charge plus faible, ou une meilleure dissipation thermique, prolonge la durée de vie.

Trains d'engrenages imprimés en place

Parce que le SLS ne nécessite aucun support, un train d'engrenages entier peut être imprimé déjà assemblé dans son boîtier, avec des engrenages sur des axes intégrés. Les règles sont les mêmes que pour tout assemblage imprimé en place : au moins 0,5 mm d'espace entre les surfaces mobiles et un chemin pour que la poudre s'échappe. C'est idéal pour les démonstrateurs et les prototypes ; pour les mécanismes de production, des engrenages séparés sur des arbres en métal sont généralement plus précis.

Finition et couleur

Chaque pièce est microbillée aux billes de verre et polie dans un DyeMansion Powershot DUAL, inclus dans le prix. Selon DyeMansion, le processus compacte la surface sans enlever de matière, la géométrie de la dent est donc conservée et les flancs deviennent plus lisses. La teinture avec des colorants liquides TCN est facultative : elle colore la couche superficielle, à environ 0,2 mm de profondeur dans le PA 2200 selon DyeMansion, sans ajouter de revêtement, elle ne modifie donc pas l'engrènement. Les engrenages d'un assemblage peuvent être codés par couleur avec l'une des 61 nuances du catalogue de couleurs, chacune étant tarifée instantanément dans le calculateur.

Liste de contrôle

• Profil en développante issu d'un outil d'engrenage CAO.
• Module aussi grand que l'espace le permet.
• Le jeu et l'entraxe tiennent compte de la directive de ±0,3 % / ±0,3 mm.
• Trous d'arbre conçus à la dimension nominale et alésés s'ils doivent être précis.
• Moyeu avec profil en D, clavette, hexagone ou insert pour le couple.
• Âme et rayons au lieu d'un disque plein sur les grands engrenages.
• Charges et vitesses modérées ; chaleur prise en compte.
• Paire de test imprimée pour un entraînement critique.

Les capacités de charge et la durée de vie des engrenages en plastique dépendent de l'ensemble de l'intention de conception. Pour les entraînements qui supportent une charge réelle, les spécialistes de prototype.builders peuvent revoir la conception avec vous. Pour les coûts, voir Coût de l'impression 3D SLS.

Questions fréquentes

Pouvez-vous imprimer en 3D des engrenages fonctionnels en nylon ?

Oui. Les engrenages en PA 12 frittés au laser fonctionnent bien pour les prototypes, les mécanismes à charges et vitesses modérées, les bancs d'essai, les petites séries et les pièces de rechange. Pour des charges élevées, des vitesses élevées ou un fonctionnement continu prolongé, vérifiez attentivement la conception et testez-la.

Quel jeu les engrenages SLS doivent-ils avoir ?

Plus qu'un engrenage usiné. Les pièces frittées au laser ont une tolérance générale d'environ ±0,3 % avec une limite inférieure de ±0,3 mm (notre directive de conception), et la surface est légèrement granuleuse, la paire d'engrenages a donc besoin de jeu dans l'engrènement et dans l'entraxe. Testez la paire avant de vous y fier.

Les engrenages en nylon SLS ont-ils besoin de lubrification ?

Les engrenages en nylon peuvent fonctionner à sec sous de faibles charges, ce qui est l'un de leurs avantages. La lubrification réduit l'usure et le bruit à des charges plus élevées. Choisissez un lubrifiant compatible avec le polyamide et n'oubliez pas que la surface SLS légèrement poreuse en absorbe une partie.

Quel est le module minimum pour les engrenages imprimés en 3D en SLS ?

Il n'y a pas de minimum fixe, mais les dents très fines perdent leur forme en raison de l'épaisseur de couche et de la surface granuleuse. Les dents plus grandes s'impriment avec plus de précision et supportent plus de charge. Pour les petits modules, imprimez d'abord une paire de test.

Comment un engrenage doit-il être orienté dans l'imprimante ?

Idéalement avec la face de l'engrenage dans le plan de la couche, de sorte que chaque dent soit formée par les couches dans sa direction la plus résistante et que le profil de la dent ne soit pas en escalier. La préparation de l'impression choisit l'orientation pour l'ensemble du travail d'impression ; mentionnez-le si l'engrenage est critique.

Un engrenage peut-il être imprimé avec son axe ?

Oui. Le SLS peut imprimer un engrenage avec un axe intégré, ou un train d'engrenages déjà assemblé dans son boîtier, avec des jeux d'au moins 0,5 mm et une voie d'évacuation pour la poudre.