3D nyomtatott fogaskerekek PA 12 anyagból: Tervezés, korlátok és kenés

Hol van értelme az SLS nejlon fogaskerekeknek

• Hajtóművek és mechanizmusok prototípusai, a működés tesztelésére fröccsöntés vagy forgácsolás előtt.
• Könnyű igénybevételű mechanizmusok: beállítók, tárcsák, kis eszközök hajtásai, mérsékelt terhelésű aktuátorok.
• Tesztberendezések, készülékek és automatizálás: egyedi fogaskerekek, amelyeket drága lenne egyenként megmunkálni.
• Pótalkatrészek olyan gépekhez és eszközökhöz, amelyekhez az eredeti már nem kapható.
• Integrált alkatrészek: fogaskerék bütyökkel, karral, aggyal vagy rögzítőkarimával egy darabban.

A közös tényező: mérsékelt terhelés, mérsékelt sebesség, valamint a tervezési szabadság vagy a gyorsaság értéke. Olyan fogaskerék esetében, amelynek éveken át folyamatosan nagy nyomatékot kell átvinnie, általában az erre a feladatra készült öntött vagy forgácsolt fogaskerék a megfelelő választás.

Mit nyújt az anyag

A PA 12 egy szívós, alacsony súrlódású poliamid, amelynek alacsony a nedvességfelvétele, így méretei párás levegőn is stabilak maradnak. A PA 2200 esetében, amely az általunk nyomtatott por, az EOS 176 °C-os olvadáspontot, a rétegeken belül 48 MPa, azokra merőlegesen pedig 42 MPa szakítószilárdságot, valamint 18 %-os, illetve 4 %-os szakadási nyúlást ad meg. A merevség a hőmérséklet emelkedésével csökken, így a működés közben felmelegedő fogaskerék kisebb terhelést bír el. A PA12 nylon útmutató tartalmazza a teljes képet.

Tervezési szabályok SLS fogaskerekekhez

Használjon szabványos evolvens geometriát

A fogprofilt a CAD fogaskerék-tervező eszközével generálja, ahelyett, hogy kézzel rajzolná meg. A szabványos evolvens fogaskerekek simán kapcsolódnak, és később könnyen cserélhetők fröccsöntött vagy forgácsolt változatokra.

Részesítse előnyben a nagyobb fogakat

A rétegek körülbelül egy tized milliméter vastagok (az EOS 0,12 mm-t ad meg a PA 2200 eljáráshoz), és a felület kissé szemcsés. A nagyon finom fogak elveszítik profiljukat, és kis terhelést bírnak el. A nagyobb modul pontosabb fogakat és nagyobb szilárdságot biztosít; ha a hely engedi, válassza a durvább fogaskereket.

Tervezze meg a holtjátékot és a tengelytávolságot

A lézerszinterezett PA 12 tervezési irányelveink szerint az általános tűrés ±0,3 %, ±0,3 mm-es alsó határral. Két nyomtatott fogaskerék, amelyet nulla holtjátékkal terveztek, meg fog szorulni. Hagyjon hézagot a párnak a kapcsolódásnál, és ha a tengelytávolságot a ház határozza meg, vegye figyelembe mindkét fogaskerék és a ház tűrését. A pontos tengelyfuratok érdekében tervezze azokat névleges méretre, és nyomtatás után dörzsárazza ki őket. Bővebben itt: SLS tűrések és hézagok.

Készítse a fogakat elég szélesre

A szélesebb homlokfelület elosztja a terhelést. A műanyag fogaskerekeket általában szélesebbre készítik, mint az acél fogaskerekeket ugyanarra a feladatra.

Tervezze az agyat a nyomatékhoz

A sima tengelyen lévő kerek furat megcsúszik. Használjon D-profilt, reteszt, hatszöget vagy szorítóagyat, vagy tervezzen fémbetétet (lásd: menetek és hőre lágyuló betétek SLS PA 12 anyagban). A kapcsolat által átvihető nyomaték a geometriától és a terheléstől függ; kritikus hajtások esetén vizsgáltassa felül a tervet.

Egyenletes falak, nincsenek tömör tömbök

A vastag, tömör részek jobban zsugorodnak, mint a vékonyak, ahogy az alkatrész hűl. Egy nagy, tömör tárcsával rendelkező fogaskerék jobban deformálódhat, mint egy gerinccel és küllőkkel vagy bordákkal ellátott. Tartsa egyensúlyban a koszorú, a gerinc és az agy vastagságát.

Tájolás

A rétegsíkban a homloklapjával nyomtatott fogaskerék fogai a legerősebb irányban alakulnak ki, és tiszta, réteglépcsők nélküli fogprofillal rendelkeznek. A nyomtatás előkészítése során a teljes nyomtatási feladatra vonatkozóan választják ki a tájolást; ha egy fogaskerék kritikus, jelezze.

Kenés, bejáratás és kopás

• A szárazfutás kis terhelésnél lehetséges, és ez a nejlon fogaskerekek egyik előnye.
• A kenés nagyobb terhelésnél csökkenti a kopást és a zajt. Használjon poliamiddal kompatibilis kenőanyagot; a kissé porózus felület egy részét felszívja, ezért bejáratás után kenje újra.
• Bejáratás: az első órák kisimítják az érintkező felületeket. Számítson egy kevés finom porra.
• Párosítás: egy acél fogaskerékkel együtt futó nejlon fogaskerék jobban elvezeti a hőt, mint két nejlon fogaskerék együtt.
• A hő a fő korlát: a súrlódás felmelegíti a fogakat, és a merevség csökken. Az alacsonyabb fordulatszám vagy terhelés, illetve a jobb hőelvezetés meghosszabbítja az élettartamot.

Egyben nyomtatott fogaskerék-hajtóművek

Mivel az SLS nem igényel támasztékokat, egy teljes fogaskerék-hajtómű kinyomtatható már a házába szerelve, integrált tengelyeken lévő fogaskerekekkel. A szabályok ugyanazok, mint bármely egyben nyomtatott szerelvény esetében: legalább 0,5 mm hézag a mozgó felületek között, és egy útvonal a por távozásához. Ez ideális demonstrációs eszközökhöz és prototípusokhoz; gyártási mechanizmusokhoz a fém tengelyeken lévő különálló fogaskerekek általában pontosabbak.

Felületkezelés és szín

Minden alkatrészt üveggyönggyel fújnak és políroznak egy DyeMansion Powershot DUAL berendezésben, amit az ár tartalmaz. A DyeMansion szerint a folyamat anyageltávolítás nélkül tömöríti a felületet, így a foggeometria megmarad, és a fogoldalak simábbá válnak. A TCN folyékony festékekkel történő festés opcionális: a felületi réteget színezi, a DyeMansion szerint körülbelül 0,2 mm mélyen a PA 2200 anyagban, anélkül, hogy bevonatot képezne, így nem változtatja meg a kapcsolódást. Egy szerelvény fogaskerekei a színkatalógus 61 árnyalatának bármelyikével színkódolhatók, amelyek mindegyike azonnal beárazható a kalkulátorban.

Ellenőrzőlista

• Evolvens profil egy CAD fogaskerék-tervező eszközből.
• A modul akkora, amekkorát a hely megenged.
• A holtjáték és a tengelytávolság figyelembe veszi a ±0,3 % / ±0,3 mm irányelvet.
• A tengelyfuratok névleges méretre vannak tervezve, és dörzsárazva vannak, ha pontosnak kell lenniük.
• Agy D-profillal, ékkel, hatszöggel vagy betéttel a nyomaték átviteléhez.
• Gerinc és küllők a tömör tárcsa helyett a nagy fogaskerekeknél.
• Mérsékelt terhelések és sebességek; a hőhatás figyelembevételével.
• Kritikus hajtáshoz nyomtatott tesztpár.

A műanyag fogaskerekek terhelhetősége és élettartama a teljes tervezési szándéktól függ. A valós terhelést viselő hajtások esetében a prototype.builders szakemberei át tudják nézni Önnel a tervet. A költségekről lásd: SLS 3D nyomtatás költségei.

Gyakran ismételt kérdések

Lehet működő fogaskerekeket 3D nyomtatni nejlonból?

Igen. A lézerszinterezett PA 12 fogaskerekek jól működnek prototípusokhoz, mérsékelt terhelésű és sebességű mechanizmusokhoz, tesztberendezésekhez, kis szériákhoz és pótalkatrészekhez. Nagy terhelés, nagy sebesség vagy hosszú, folyamatos működés esetén gondosan ellenőrizze a tervet, és tesztelje azt.

Mekkora holtjátékkal kell rendelkezniük az SLS fogaskerekeknek?

Nagyobbal, mint egy forgácsolt fogaskeréknek. A lézerszinterezett alkatrészek általános tűrése körülbelül ±0,3 %, alsó határa pedig ±0,3 mm (tervezési irányelvünk szerint), a felület pedig kissé szemcsés, ezért a fogaskerékpárnak hézagra van szüksége a fogkapcsolódásnál és a tengelytávolságban. Tesztelje a párt, mielőtt megbízna benne.

Szükségük van kenésre az SLS nejlon fogaskerekeknek?

A nejlon fogaskerekek kis terhelésnél szárazon is futhatnak, ami az egyik előnyük. A kenés nagyobb terhelésnél csökkenti a kopást és a zajt. Válasszon poliamiddal kompatibilis kenőanyagot, és ne feledje, hogy a kissé porózus SLS felület valamennyit felszív belőle.

Mi a minimális modul az SLS technológiával 3D nyomtatott fogaskerekeknél?

Nincs rögzített minimum, de a nagyon finom fogak elveszítik az alakjukat a rétegvastagság és a szemcsés felület miatt. A nagyobb fogak pontosabban nyomtathatók és nagyobb terhelést bírnak el. Kis modulok esetén először nyomtasson egy tesztpárt.

Hogyan kell tájolni egy fogaskereket a nyomtatóban?

Ideális esetben a fogaskerék homloklapjával a rétegsíkban, így minden fogat a rétegek a legerősebb irányukban formálnak meg, és a fogprofil nem lesz lépcsőzetes. A nyomtatás előkészítése során a teljes nyomtatási feladatra vonatkozóan választják ki a tájolást; jelezze, ha a fogaskerék kritikus fontosságú.

Nyomtatható-e egy fogaskerék a tengelyével együtt?

Igen. Az SLS képes integrált tengellyel rendelkező fogaskereket, vagy a házába már beszerelt fogaskerék-hajtóművet nyomtatni, legalább 0,5 mm-es hézagokkal és a por számára biztosított kivezető úttal.