3D-geprinte tandwielen in PA 12: Ontwerp, limieten en smering

Waar SLS nylon tandwielen zinvol zijn

• Prototypes van versnellingsbakken en mechanismen, om de werking te testen voorafgaand aan spuitgieten of machinaal bewerken.
• Licht belaste mechanismen: regelaars, draaiknoppen, aandrijvingen van kleine apparaten, actuatoren met matige belastingen.
• Testopstellingen, mallen en automatisering: op maat gemaakte tandwielen die duur zouden zijn om stuk voor stuk machinaal te bewerken.
• Reserveonderdelen voor machines en apparaten waarvan het origineel niet meer verkrijgbaar is.
• Geïntegreerde onderdelen: een tandwiel met een nok, een hendel, een naaf of een montageflens uit één stuk.

De gemene deler: matige belastingen, matige snelheden en waarde in ontwerpvrijheid of snelheid. Voor een tandwiel dat jarenlang continu een hoog koppel moet overbrengen, is een gegoten of machinaal bewerkt tandwiel dat voor die taak is gemaakt meestal de juiste keuze.

Wat het materiaal te bieden heeft

PA 12 is een taai, wrijvingsarm polyamide met een lage vochtopname, waardoor de afmetingen stabiel blijven in vochtige lucht. Voor PA 2200, het poeder dat we printen, geeft EOS een smeltpunt van 176 °C, een treksterkte van 48 MPa binnen de lagen en 42 MPa er dwars op, en een rek bij breuk van 18 % tegenover 4 %. De stijfheid neemt af naarmate de temperatuur stijgt, dus een tandwiel dat warm wordt tijdens het gebruik kan minder belasting dragen. De PA12 nylon gids geeft het volledige beeld.

Ontwerpregels voor SLS tandwielen

Gebruik standaard evolvente geometrie

Genereer het tandprofiel met uw CAD-tandwieltool in plaats van het met de hand te tekenen. Standaard evolvente tandwielen grijpen soepel in elkaar en zijn later eenvoudig te vervangen door gegoten of machinaal bewerkte versies.

Geef de voorkeur aan grotere tanden

Lagen zijn ongeveer een tiende millimeter dik (EOS vermeldt 0,12 mm voor het PA 2200-proces) en het oppervlak is licht korrelig. Zeer fijne tanden verliezen hun profiel en kunnen weinig belasting dragen. Een grotere module geeft nauwkeurigere tanden en meer sterkte; kies, als de ruimte het toelaat, voor het grovere tandwiel.

Houd rekening met speling en hartafstand

Onze ontwerprichtlijn voor lasergesinterd PA 12 is een algemene tolerantie van ±0,3 % met een ondergrens van ±0,3 mm. Twee geprinte tandwielen die zijn ontworpen zonder speling zullen vastlopen. Geef het paar speling in de vertanding, en als de hartafstand wordt bepaald door uw behuizing, houd dan rekening met de tolerantie van zowel de tandwielen als de behuizing. Voor nauwkeurige asgaten ontwerpt u ze op de nominale maat en ruimt u ze na het printen. Meer in SLS toleranties en spelingen.

Maak tanden breed genoeg

Een breder oppervlak verdeelt de belasting. Kunststof tandwielen worden voor dezelfde taak meestal breder gemaakt dan stalen tandwielen.

Ontwerp de naaf voor koppel

Een ronde boring op een gladde as zal slippen. Gebruik een D-profiel, een spie, een zeskant of een klemnaaf, of ontwerp voor een metalen inzetstuk (zie schroefdraden en heat-set inzetstukken in SLS PA 12). Het koppel dat de verbinding kan dragen hangt af van de geometrie en de belasting; laat het ontwerp voor kritische aandrijvingen beoordelen.

Gelijkmatige wanden, geen massieve blokken

Dikke massieve delen krimpen meer dan dunne delen naarmate het onderdeel afkoelt. Een groot tandwiel met een massieve schijf kan meer afwijken dan een met een lijf en spaken of ribben. Houd de dikte van de velg, het lijf en de naaf in evenwicht.

Oriëntatie

Een tandwiel dat met zijn vlak in het laagvlak is geprint, heeft tanden die in de sterkste richting zijn gevormd en een schoon tandprofiel zonder laagovergangen. De printvoorbereiding kiest de oriëntatie voor de hele printopdracht; als een tandwiel kritiek is, vermeld dit dan.

Smering, inlopen en slijtage

• Drooglopen is mogelijk bij lichte belastingen en is een van de voordelen van nylon tandwielen.
• Smering vermindert slijtage en geluid bij hogere belastingen. Gebruik een smeermiddel dat compatibel is met polyamide; het licht poreuze oppervlak absorbeert een deel ervan, dus breng het opnieuw aan na het inlopen.
• Inlopen: de eerste uren maken de contactoppervlakken glad. Verwacht een beetje fijn stof.
• Paring: een nylon tandwiel dat tegen een stalen tandwiel draait, voert warmte beter af dan twee nylon tandwielen samen.
• Warmte is de belangrijkste beperking: wrijving verhit de tanden en de stijfheid neemt af. Een lagere snelheid of belasting, of een betere warmteafvoer, verlengt de levensduur.

Print-in-place tandwielstelsels

Omdat SLS geen ondersteuning nodig heeft, kan een heel tandwielstelsel al gemonteerd in zijn behuizing worden geprint, met tandwielen op geïntegreerde assen. De regels zijn hetzelfde als voor elke print-in-place assemblage: minimaal 0,5 mm speling tussen bewegende oppervlakken en een pad waarlangs het poeder kan ontsnappen. Dit is ideaal voor demonstratiemodellen en prototypes; voor productiemechanismen zijn afzonderlijke tandwielen op metalen assen meestal nauwkeuriger.

Afwerking en kleur

Elk onderdeel wordt met glasparels gestraald en gepolijst in een DyeMansion Powershot DUAL, inbegrepen in de prijs. Volgens DyeMansion verdicht het proces het oppervlak zonder materiaal te verwijderen, zodat de tandgeometrie behouden blijft en de flanken gladder worden. Verven met vloeibare TCN kleurstoffen is optioneel: het kleurt de oppervlaktelaag, ongeveer 0,2 mm diep in PA 2200 volgens DyeMansion, zonder een coating toe te voegen, dus het verandert de ingrijping niet. Tandwielen in een assemblage kunnen een kleurcode krijgen met elk van de 61 tinten uit de kleurencatalogus, elk direct geprijsd in de calculator.

Checklist

• Evolventprofiel uit een CAD-tandwieltool.
• Moduul zo groot als de ruimte toelaat.
• Speling en hartafstand houden rekening met de richtlijn van ±0,3 % / ±0,3 mm.
• Asgaten ontworpen op nominale maat en geruimd als ze nauwkeurig moeten zijn.
• Naaf met D-profiel, spie, zeskant of inzetstuk voor koppel.
• Lijf en spaken in plaats van een massieve schijf bij grote tandwielen.
• Matige belastingen en snelheden; rekening gehouden met warmte.
• Testpaar geprint voor een kritische aandrijving.

Belastbaarheid en levensduur van kunststof tandwielen zijn afhankelijk van het volledige ontwerpdoel. Voor aandrijvingen die een echte belasting dragen, kunnen de specialisten van prototype.builders het ontwerp met u doornemen. Voor kosten, zie SLS 3D-printkosten.

Veelgestelde vragen

Kun je werkende tandwielen 3D-printen in nylon?

Ja. Lasergesinterde PA 12 tandwielen werken goed voor prototypes, mechanismen met matige belastingen en snelheden, testopstellingen, kleine series en reserveonderdelen. Controleer bij hoge belastingen, hoge snelheden of langdurig continu gebruik het ontwerp zorgvuldig en test het.

Welke tandspeling moeten SLS tandwielen hebben?

Meer dan een machinaal bewerkt tandwiel. Lasergesinterde onderdelen hebben een algemene tolerantie van ongeveer ±0,3 % met een ondergrens van ±0,3 mm (onze ontwerprichtlijn), en het oppervlak is enigszins korrelig, dus het tandwielpaar heeft speling nodig in de vertanding en in de hartafstand. Test het paar voordat u erop vertrouwt.

Hebben SLS nylon tandwielen smering nodig?

Nylon tandwielen kunnen drooglopen bij lichte belastingen, wat een van hun voordelen is. Smering vermindert slijtage en geluid bij hogere belastingen. Kies een smeermiddel dat compatibel is met polyamide en onthoud dat het enigszins poreuze SLS oppervlak er een deel van absorbeert.

Wat is de minimale modulus voor 3D-geprinte tandwielen in SLS?

Er is geen vast minimum, maar zeer fijne tanden verliezen hun vorm vanwege de laagdikte en het korrelige oppervlak. Grotere tanden printen nauwkeuriger en dragen meer belasting. Print voor kleine moduli eerst een testpaar.

Hoe moet een tandwiel in de printer worden georiënteerd?

Idealiter met het tandwielvlak in het laagvlak, zodat elke tand door de lagen in zijn sterkste richting wordt gevormd en het tandprofiel niet getrapt is. De printvoorbereiding kiest de oriëntatie voor de hele printopdracht; vermeld het als het tandwiel kritisch is.

Kan een tandwiel samen met zijn as worden geprint?

Ja. SLS kan een tandwiel met een geïntegreerde as printen, of een tandwielstelsel dat al in zijn behuizing is gemonteerd, met openingen van minimaal 0,5 mm en een ontsnappingsroute voor het poeder.