3D-utskrivna kugghjul i PA 12: Design, gränser och smörjning

När SLS-nylonkugghjul är vettiga

• Prototyper av växellådor och mekanismer, för att testa funktionen före gjutning eller bearbetning.
• Lättare mekanismer: justerare, vred, drivningar för små enheter, ställdon med måttliga belastningar.
• Testriggar, jiggar och automation: specialanpassade kugghjul som skulle vara dyra att maskinbearbeta ett och ett.
• Reservdelar för maskiner och enheter där originalet inte längre finns tillgängligt.
• Integrerade delar: ett kugghjul med en kam, en spak, ett nav eller en monteringsfläns i ett enda stycke.

Den gemensamma nämnaren: måttliga belastningar, måttliga hastigheter och värde i designfrihet eller hastighet. För ett kugghjul som måste överföra högt vridmoment kontinuerligt i åratal är ett gjutet eller maskinbearbetat kugghjul tillverkat för det ändamålet oftast rätt val.

Vad materialet tillför

PA 12 är en seg polyamid med låg friktion och låg fuktabsorption, så dess dimensioner förblir stabila i fuktig luft. För PA 2200, pulvret vi skriver ut, anger EOS en smältpunkt på 176 °C, en draghållfasthet på 48 MPa inom lagren och 42 MPa tvärs över dem, samt en brottöjning på 18 % mot 4 %. Styvheten sjunker när temperaturen stiger, så ett kugghjul som blir varmt under drift klarar mindre belastning. PA12-nylonguiden ger hela bilden.

Designregler för SLS-kugghjul

Använd standard evolventgeometri

Generera kuggprofilen med ditt CAD-verktyg för kugghjul istället för att rita den för hand. Standard evolventkugghjul griper in smidigt och är lätta att byta ut senare mot gjutna eller bearbetade versioner.

Föredra större kuggar

Lagren är ungefär en tiondels millimeter tjocka (EOS anger 0,12 mm för PA 2200-processen) och ytan är något kornig. Mycket fina kuggar förlorar sin profil och bär liten last. En större modul ger mer exakta kuggar och mer styrka; om utrymmet tillåter, välj det grövre kugghjulet.

Planera kuggspel och axelavstånd

Vår designriktlinje för lasersintrad PA 12 är en generell tolerans på ±0,3 % med en undre gräns på ±0,3 mm. Två utskrivna kugghjul som är designade med noll kuggspel kommer att kärva. Ge paret spelrum i ingreppet, och om axelavståndet bestäms av ditt hölje, ta hänsyn till toleransen för både kugghjulen och höljet. För exakta axelhål, designa dem till nominellt mått och brotscha dem efter utskrift. Mer i SLS-toleranser och spelrum.

Gör kuggarna tillräckligt breda

En bredare kuggflank sprider lasten. Plastkugghjul görs vanligtvis bredare än stålkugghjul för samma uppgift.

Designa navet för vridmoment

Ett runt hål på en slät axel kommer att slira. Använd en D-profil, en kil, en sexkant eller ett klämnav, eller designa för en metallinsats (se gängor och värmeinsatser i SLS PA 12). Vridmomentet som anslutningen kan bära beror på geometrin och lasten; för kritiska drivningar, låt designen granskas.

Jämna väggar, inga solida klumpar

Tjocka solida sektioner krymper mer än tunna när delen svalnar. Ett stort kugghjul med en solid skiva kan avvika mer än ett med ett liv och ekrar eller ribbor. Håll tjockleken på kuggkrans, liv och nav balanserad.

Orientering

Ett kugghjul som skrivs ut med sin framsida i lagerplanet får kuggar formade i den starkaste riktningen och en ren kuggprofil utan lagersteg. Utskriftsförberedelsen väljer orienteringen för hela utskriftsjobbet; om ett kugghjul är kritiskt, nämn det.

Smörjning, inkörning och slitage

• Torrkörning är möjlig vid lätta belastningar och är en av fördelarna med nylonkugghjul.
• Smörjning minskar slitage och buller vid högre belastningar. Använd ett smörjmedel som är kompatibelt med polyamid; den något porösa ytan absorberar en del av det, så applicera på nytt efter inkörning.
• Inkörning: de första timmarna jämnar ut kontaktytorna. Räkna med lite fint damm.
• Parning: ett nylonkugghjul som körs mot ett stålkugghjul avleder värme bättre än två nylonkugghjul tillsammans.
• Värme är den främsta begränsningen: friktion värmer upp kuggarna och styvheten minskar. Lägre hastighet eller belastning, eller bättre värmeavledning, förlänger livslängden.

Kugghjulsväxlar utskrivna på plats

Eftersom SLS inte behöver några stödstrukturer kan en hel kugghjulsväxel skrivas ut färdigmonterad i sitt hölje, med kugghjul på integrerade axlar. Reglerna är desamma som för alla print-in-place-monteringar: minst 0,5 mm mellanrum mellan rörliga ytor och en väg för pulvret att komma ut. Detta är idealiskt för demonstratorer och prototyper; för produktionsmekanismer är separata kugghjul på metallaxlar vanligtvis mer exakta.

Ytbehandling och färg

Varje del glasblästras och poleras i en DyeMansion Powershot DUAL, vilket ingår i priset. Enligt DyeMansion kompakterar processen ytan utan att ta bort material, så kugggeometrin bibehålls och flankerna blir slätare. Färgning med flytande TCN-färger är valfritt: det färgar ytskiktet, cirka 0,2 mm djupt i PA 2200 enligt DyeMansion, utan att lägga till en beläggning, så det ändrar inte ingreppet. Kugghjul i en montering kan färgkodas med vilken som helst av de 61 nyanserna i färgkatalogen, var och en prissatt direkt i kalkylatorn.

Checklista

• Evolventprofil från ett CAD-kugghjulsverktyg.
• Modul så stor som utrymmet tillåter.
• Kuggspel och axelavstånd tar hänsyn till riktlinjen på ±0,3 % / ±0,3 mm.
• Axelhål designade till nominellt mått och brotschade om de måste vara exakta.
• Nav med D-profil, kil, sexkant eller insats för vridmoment.
• Liv och ekrar istället för en massiv skiva på stora kugghjul.
• Måttliga belastningar och hastigheter; värme beaktas.
• Testpar utskrivet för en kritisk drivning.

Belastningskapacitet och livslängd för plastkugghjul beror på hela designavsikten. För drivningar som bär verklig last kan specialisterna på prototype.builders granska designen tillsammans med dig. För kostnader, se kostnad för SLS 3D-utskrift.

Vanliga frågor

Kan man 3D-skriva ut fungerande kugghjul i nylon?

Ja. Lasersintrade kugghjul i PA 12 fungerar bra för prototyper, mekanismer med måttliga belastningar och hastigheter, testriggar, små serier och reservdelar. För höga belastningar, höga hastigheter eller lång kontinuerlig drift, kontrollera designen noggrant och testa den.

Vilket kuggspel bör SLS-kugghjul ha?

Mer än ett bearbetat kugghjul. Lasersintrade delar har en generell tolerans på cirka ±0,3 % med en nedre gräns på ±0,3 mm (vår designriktlinje), och ytan är något kornig, så kugghjulsparet behöver spel i ingreppet och i axelavståndet. Testa paret innan du förlitar dig på det.

Behöver SLS-kugghjul i nylon smörjning?

Nylonkugghjul kan köras torra vid lätta belastningar, vilket är en av deras fördelar. Smörjning minskar slitage och buller vid högre belastningar. Välj ett smörjmedel som är kompatibelt med polyamid och kom ihåg att den något porösa SLS-ytan absorberar en del av det.

Vad är den minsta modulen för 3D-utskrivna kugghjul i SLS?

Det finns inget fast minimum, men mycket fina kuggar förlorar sin form på grund av lagertjockleken och den korniga ytan. Större kuggar skrivs ut mer exakt och bär mer last. För små moduler, skriv ut ett testpar först.

Hur bör ett kugghjul orienteras i skrivaren?

Helst med kugghjulets plan i lagerplanet, så att varje kugg formas av lagren i sin starkaste riktning och kuggprofilen inte blir trappstegsformad. Utskriftsförberedelsen väljer orienteringen för hela utskriftsjobbet; nämn det om kugghjulet är kritiskt.

Kan ett kugghjul skrivas ut tillsammans med sin axel?

Ja. SLS kan skriva ut ett kugghjul med en integrerad axel, eller en kuggväxel som redan är monterad i sitt hölje, med mellanrum på minst 0,5 mm och en utrymningsväg för pulvret.