3D drukāšanas iekārtas ir ne tikai iespējamas,-tas piedāvā nepārprotamas priekšrocības īpašās situācijās, kad tradicionālā ražošana ir nepilnīga. Zobrati pārraida jaudu, izmantojot precīzu zobu savienošanu, lai pārveidotu rotācijas kustību un pielāgotu ātrumu vai griezes momentu. Tradicionālā ražošana balstās uz metāla griešanu vai iesmidzināšanu. Piedevu ražošana veido daļu slāni pa slānim tieši no digitālā modeļa, novēršot nepieciešamību pēc veidnēm vai sarežģītiem instrumentiem un nodrošinot ģeometrijas, kuras citādi būtu grūti vai dārgi ražot.
Precizitāte ir atkarīga no iekārtas un procesa. Daudzas rūpnieciskās sistēmas sasniedz izmēru pielaides aptuveni ±0,1 mm, kas ir pietiekams lielākajai daļai ne-kritisku lietojumu. Augstāka līmeņa procesi, piemēram, SLA vai SLS, kontrolētos apstākļos var sasniegt ±0,05 mm.
Priekšizpētes pamati
Digitālā darbplūsma ļauj precīzi kontrolēt evolūcijas profilus, piķi, spiediena leņķi un moduli. Dizaineri var atkārtot zobu formas, pievienot vieglas režģu struktūras loka iekšpusē vai izveidot ne-standarta ģeometrijas (siļķes, asimetriskas vai pielāgotas sakņu filejas) bez papildu izmaksām par instrumentiem. Šī elastība ir galvenais iemesls, kāpēc 3D drukātie zobrati gūst panākumus prototipu izstrādē un maza -apjoma darbā.
Piemēroti pielietojuma scenāriji
1. Prototipu izstrāde un dizaina apstiprināšana
Sākotnējās produktu izstrādes laikā inženieriem bieži ir ātri nepieciešami funkcionālie zobrati, lai pārbaudītu transmisijas attiecību, savienojuma kvalitāti, troksni un slodzes ceļus. 3Ddrukājot fiziskās daļas tiek piegādātas stundās vai dienās, nevis nedēļās. Piemēram, automobiļu komandas izmanto drukātus pārnesumus, lai apstiprinātu pārnesumkārbas koncepcijas pirms apņemšanās izmantot dārgus instrumentus. Pielāgotas vai sarežģītas zobu formas (ne-standarta evolūcijas, dubultās-spirālveida konstrukcijas) un vieglus dobus lokus var realizēt vienā konstrukcijā.
2. Zema-slodze un ne-kritiska lietošana
Sadzīves elektronikā{0}}viedpulksteņi, rotaļlietas, mazi izpildmehānismi-griezes moments un darba cikli ir pieticīgi. Apdrukātie plastmasas zobrati darbojas atbilstoši un saglabā svaru un zemas izmaksas. Pagaidu rezerves daļas rūpnieciskajām iekārtām arī labi iederas: kad iekārta nedarbojas un oriģinālā aprīkojuma ražotājiem ir ilgs izpildes laiks, 3D drukātā versija var atjaunot darbību, līdz tiek piegādāta pastāvīgā sastāvdaļa.
3. Speciālās materiālu prasības
Inženierplastmasa paver papildu iespējas. PEEK un augstas -temperatūras neiloni iztur nepārtrauktu temperatūru virs 200 grādiem un daudzām ķīmiskām vielām, tāpēc tie ir noderīgi kosmosa, ķīmiskās apstrādes vai medicīnas vidē. Elastīgi materiāli, piemēram, TPU, rada pārnesumus, kas absorbē triecienus un samazina vibrāciju, kas ir vērtīgi robotizētos savienojumos vai saderīgos mehānismos.
Reālie piemēri{0}}atbalsta šos lietojumus. Formula Student sacīkšu komandas ir pasūtījušas pielāgotus polimēra zobratus, izmantojot rūpnieciskos 3D drukāšanas pakalpojumus, un 72 stundu laikā saņēmušas funkcionālās daļas ķēdes-piedziņas testēšanai. Lidostas ugunsdzēsēju{6}}apkalpošanas komandas ir izmantojušas drukātus rīkus, lai salabotu ūdens-lielgabalu sistēmas avārijas transportlīdzekļos, kad OEM rezerves daļas nebija pieejamas. Izglītības iestādes drukā pārnesumu komplektus transmisijas principu mācīšanai par nelielu daļu no mehāniski apstrādātu metāla modeļu izmaksām.
Galvenie tehniskie apsvērumi veiksmīgai Gears darbībai
Dizaina optimizācija
Pareizs modulis, spiediena leņķis un zobu biezums joprojām ir svarīgi. Tipiski moduļi drukātiem cilindriskajiem zobratiem ir no 0,5 mm līdz 3 mm. Pievienojot bagātīgas sakņu filejas un, ja iespējams, pastiprinot ribiņas, tiek samazināta stresa koncentrācija. Topoloģijas optimizācija vai šūnveida aizpildīšana var samazināt masu, vienlaikus saglabājot zobu izturību. Pētījumi un praktiskie testi liecina, ka labi-optimizēti drukātie zobrati var sasniegt par 30% vai vairāk noguruma ilgmūžības uzlabojumu, salīdzinot ar tā paša materiāla ne{8}}optimizētām versijām.
Procesa izvēle
FDM (kausētā nogulsnēšanās modelēšana) piedāvā pieejamību, bet parasti nodrošina ±0,2 mm precizitāti un redzamas slāņa līnijas. SLA un SLS nodrošina labāku izšķirtspēju un labāku virsmas kvalitāti augstākas-precizitātes vajadzībām. Drukas orientācijai ir nozīme: zobu orientēšana tā, lai kritiskie sāni nebūtu paralēli konstrukcijas slāņiem, uzlabo izturību un samazina nepieciešamību pēc balstiem. Slāņa augstums 0,05–0,1 mm uzlabo sānu gludumu uz būvniecības laika rēķina.
Notiek ziņas-apstrāde
Bieži vien ir nepieciešama virsmas apdare. Slīpēšana, ķīmiskā izlīdzināšana vai apstrāde ar strūklu var samazināt nelīdzenumu no Ra 6–12 µm līdz Ra 1,6 µm vai labāk, samazinot troksni un nodilumu. Neilona detaļu atkausēšana mazina atlikušo spriegumu un uzlabo izmēru stabilitāti. Metāla zobratiem, kas ražoti saistvielu-strūklas vai pulvera-slāņa procesos, var būt nepieciešama termiskā apstrāde vai infiltrācija, lai iegūtu pilnu blīvumu un izturību.
Ierobežojumi, kas jāpatur prātā
Materiāla stiprums ir galvenais ierobežojums. Parastie pavedieni, piemēram, PLA un ABS, piedāvā lieces stiprību 50–80 MPa diapazonā{3}}, kas ir daudz zem tērauda (300–500 MPa vai vairāk). Pat pastiprināti neiloni un PEEK joprojām ir ierobežoti, lai nodrošinātu nepārtrauktu augsta{7}}griezes momenta vai lielas{8}}trieciena darbību. FDM starpslāņu savienošana vēl vairāk samazina efektīvo stiprību; slodzes testi bieži parāda, ka drukātie zobrati sasniedz tikai 25–35 % no teorētiskās beztaras materiāla stiprības.
Nodilumizturība ir vēl viens izaicinājums. Plastmasas sāni rada siltumu slīdošā saskarē un var nolietoties ātrāk nekā metāla vai iesmidzināšanas -formētas inženierijas plastmasas, ja vien netiek izmantoti specializēti zemas-berzes savienojumi (piemēram, noteikti igus materiāli). Salīdzinošajos testos pie mērenām slodzēm daži komerciāli triboloģiskie pavedieni ir uzrādījuši līdz pat piecām reizēm ilgāku nodiluma laiku nekā standarta POM.
Lai nodrošinātu izmēru konsekvenci vairākos veidos, ir nepieciešamas kalibrētas iekārtas un kontrolēta vide. Ražošanas apjomiem, kas pārsniedz aptuveni 1000 gabalu, iesmidzināšana vai parastā apstrāde parasti kļūst ekonomiskāka.
Tipiski pielietojuma piemēri
Izglītība: universitātes izdrukā nokomplektētus pārnesumu vilcienus, lai demonstrētu attiecības, pretdarbību un efektivitāti bez dārgiem metāla komplektiem.
Medicīniskās ierīces: pielāgotus miniatūrus zobratus locītavu protēžu iekšpusē vai palīgierīces var pielāgot individuālai anatomijai.
Māksla un interaktīvas instalācijas: dizaineri rada sarežģītus, vizuāli pārsteidzošus pārnesumu mehānismus, kas būtu nepraktiski apstrādāti.
Apkope: pagaidu vai avārijas nomaiņas pārnesumi nodrošina, ka ražošanas līnijas darbojas, kamēr tiek piegādātas pastāvīgas detaļas.
Secinājums
3D drukātie zobrati ir izcili prototipu veidošanā, lietojumos ar zemu-līdz-vidēju slodzi, ātru nomaiņu un situācijās, kurās nepieciešama neparasta ģeometrija vai īpaši materiāli. Panākumi ir atkarīgi no pārdomāta dizaina, atbilstoša materiāla un procesa izvēles un reālistiskas pēcapstrādes. Tā kā daudzu-materiālu un augstākas-izšķirtspējas sistēmas turpina uzlaboties, dzīvotspējīgo rūpniecisko lietojumu klāsts turpinās paplašināties. Lielai-slodzei, ātrgaitas{10}}vai ilgstošai{11}}pārvadei ar tradicionālām metodēm ražoti metāla zobrati joprojām ir drošāka izvēle.
FAQ
J: Vai 3D drukātie zobrati var izturēt reālas mehāniskas slodzes?
A: Jā, robežās. Neilons, PETG un pastiprināti materiāli labi darbojas zem-līdz-videna griezes momenta. Lielām nepārtrauktām slodzēm vai triecieniem parasti ir nepieciešami metāla zobrati.
J: Kurš 3D drukāšanas process ir vislabākais zobratiem?
A: SLA vai SLS labākai precizitātei un virsmas apdarei; FDM zemu{0}}izmaksu prototipiem, kad precizitāte ir sekundāra. Orientācija un slāņa augstums spēcīgi ietekmē galīgo veiktspēju.
J: Kā 3D drukāto plastmasas zobratu stiprums atšķiras ar metālu?
A. Plastmasas zobrati ir ievērojami vājāki un mazāk{0}}nodilumizturīgi. Tie ir piemēroti vieglam darbam; tērauds vai citi metāli joprojām ir nepieciešami lielas jaudas pārvadei.
J: Vai 3D drukātie zobrati ir pietiekami precīzi, lai nodrošinātu vienmērīgu saķeri?
A. Ar pareizu konstrukciju un spējīgu iekārtu ir sasniedzamas ±0,05–0,1 mm pielaides, kas ir -adekvātas daudziem ne-kritiskiem lietojumiem. Kritiski ātrgaitas-vai zemas{6}atstarpes sistēmas joprojām dod priekšroku tradicionāli ražotiem pārnesumiem.
J: Kad 3D drukāšana kļūst ekonomiskāka nekā tradicionālās metodes?
A: Vienreizējiem-izlaidumiem, prototipiem un neliela-apjoma pielāgotiem pārnesumiem (parasti mazāk nekā dažiem simtiem vienību). Ja ir vairāk nekā 1000 identisku detaļu, iesmidzināšana vai mehāniskā apstrāde parasti piedāvā zemākas vienības izmaksas.