- Detaljeret analyse af de forskellige typer gear og deres tekniske anvendelse i additiv fremstilling.
- Sammenligning mellem specialiserede industrielle materialer såsom iglidur® og FDM- og SLS-trykprocesser.
- Konkurrencefordele ved 3D-printning i forhold til sprøjtestøbning i forbindelse med fremstilling af prototyper og reservedele.
Hvis du nogensinde har overvejet at give en gammel maskine et nyt liv, eller har bemærket, at en plastikdel på din bil er gået i stykker, ved du, at det kan være en reel hovedpine at finde den helt rigtige erstatning. Det er her, additiv fremstilling kommer ind i billedet , der giver os mulighed for at 3D-printe reservedele til apparater og maskiner og dermed skabe brugerdefinerede mekaniske komponenter uden at skulle smide hele enheden væk, bare fordi et lille tandhjul er gået i stykker.
Selvom det ved første øjekast kan virke som om, du bare skal trykke på "print", er virkeligheden, at det er ret komplekst at designe tandhjul, der rent faktisk fungerer. Det handler ikke kun om at tegne tænder, men om at forstå koncepter som modul og spillerum, så delene ikke sætter sig fast og kan modstå den daglige brugs belastning. Lad os se nærmere på, hvordan man går fra en idé på computeren til en fysisk del, der bevæger verden.
Grundlæggende begreber og anatomi af et gear
For at to tandhjul kan overføre kraft og bevægelse korrekt, skal de dele visse parametre. Den grundlæggende del er tandhjulets ring , hvor tænderne er placeret. For at forstå, hvordan de går i indgreb, skal vi se på stigningscirklen , som er det præcise punkt, hvor kontakten opstår mellem de to dele. Derudover er der de ydre og indre cirkler, som definerer toppen og dalen for hver tand.
En anden vigtig information er den cirkulære stigning , som i bund og grund er afstanden målt fra et punkt på én tand til det samme punkt på den næste. Ved design skal vi også optimere gearhuset ved hjælp af arme eller skillevægge for at reducere inerti og lette delens samlede vægt uden at gå på kompromis med dens strukturelle stabilitet.
Geartyper i henhold til deres anvendelse
Afhængigt af hvad vi ønsker at bevæge os i, og i hvilken retning, vælger vi en anden type mekanisme. De mest almindelige er lige cylindriske gear , der er ideelle til parallelle aksler og betydelige hastighedsreduktioner ved moderate hastigheder. Hvis vi leder efter noget mere jævnt og støjsvagt, er spiralformede gear den bedste løsning, da deres vinklede tænder giver dem mulighed for at håndtere højere effekt med en meget mere jævn kørsel.
- Koniske gear: De bruges, når akslerne er vinkelrette (90 grader). De kan have lige eller spiralformede tænder afhængigt af den hastighed og belastning, de skal modstå.
- Planetariske eller epicykliske systemer: De består af et centralt tandhjul kaldet "Solen" omgivet af "planeter". Afhængigt af om den ydre ring er fast eller bevægelig, kan vi varierer udgangshastigheden eller endda vende rotationsretningen.
- Snekkegear og tandstænger: Den første er perfekt til at forhindre vibrationer og opretholde en konstant hastighed, mens tandstangen er stjerneværktøjet til omdanne rotation til lineær bevægelse.
Industrielle materialer og trykteknologier
Ikke alle plasttyper er egnede til kraftoverførsel. Mens FDM er fremragende til hurtig prototyping, tilbyder SLS-teknologi (Selective Laser Sintering) overlegen designfrihed og betydeligt højere mekanisk styrke. I professionelle anvendelser skiller iglidur®- materialefamilien sig ud , specielt designet til at reducere slid takket være deres tribologiske egenskaber.
For eksempel er iglidur I3 det logiske valg til cylindriske og koniske tandhjul på grund af dets høje styrke, mens I6 er det ideelle materiale til spiralformede tandhjul på grund af dets glideevne. I miljøer, hvor statisk elektricitet er en bekymring, er iglidur I8-ESD den perfekte løsning. En væsentlig fordel ved disse polymerer er, at de ikke kræver ekstern smøring , da de indeholder faste smøremidler integreret i deres struktur.
3D-printning vs. sprøjtestøbning
Der er en løbende debat om, hvilken metode der er bedst. Den gyldne regel er kvantitet: Hvis du har brug for 10.000 identiske dele, er sprøjtestøbning uovertruffen med hensyn til omkostninger. 3D-printning er dog den klare vinder til små serier, prototyper eller enkeltstående stykker . Det giver dig mulighed for at justere CAD-modellen undervejs og få den færdige komponent på få timer, hvilket undgår de lange leveringstider ved traditionel fremstilling.
Vi har set eksempler fra den virkelige verden, hvor denne teknologi har reddet dagen, lige fra Formula Student- teams , der har skabt tandhjul til racertransmissioner på under 72 timer, til restaurering af speedometre i klassiske biler fra 20'erne, hvor reservedele ikke længere er tilgængelige. Selv i kritiske tjenester, såsom brandbiler , er dyre servomotorgear blevet udskiftet med 3D-printede versioner, der effektivt håndterer høje belastninger.
Praktiske tips til design og produktion
Hvis du beslutter dig for at designe dine egne tandhjul, skal du være forsigtig med tolerancer. Ved 3D-printning, især FDM, har dele en tendens til at udvide sig en smule. Derfor er det vigtigt at give plads til teknisk frigang ; det vil sige, at afstanden mellem tænderne skal være lidt bredere end selve tanden for at forhindre, at delen binder.
For dem, der ikke er bekendte med design fra bunden, findes der 3D-værktøjer og -modeller , der kan downloades som udgangspunkt, men ideelt set bør du lære at bruge software som Solidworks til præcist at justere modulerne. Husk, at nøglen til succes ligger i at afbalancere det valgte materiale med friktions- og belastningskravene i dit projekt.
Muligheden for at fremstille brugerdefinerede mekaniske komponenter ved hjælp af avancerede polymerer og lasersintring har demokratiseret industriel vedligeholdelse og restaurering. Fra at vælge det rigtige materiale for at forhindre slid til at håndtere designfrister optimerer 3D-printning omkostninger og tid og tilbyder robuste løsninger, der med succes erstatter metal- eller sprøjtestøbte komponenter i en bred vifte af anvendelser.