אם אי פעם שקלתם לתת למכונה ישנה חיים שניים, או שמתם לב שחלק פלסטיק במכונית שלכם התקלקל, אתם יודעים שמציאת החלק המתאים יכולה להיות כאב ראש אמיתי. כאן נכנס לתמונה ייצור תוסף , המאפשר לנו להדפיס בתלת מימד חלקי חילוף למכשירי חשמל ומכונות , וליצור רכיבים מכניים בהתאמה אישית מבלי לזרוק את המכשיר כולו רק בגלל שגלגל שיניים זעיר התקלקל.
למרות שבמבט ראשון זה אולי נראה כאילו צריך רק ללחוץ על "הדפס", המציאות היא שתכנון גלגלי שיניים שבאמת עובדים הוא די מורכב. זה לא רק עניין של שרטוט שיניים, אלא של הבנת מושגים כמו מודול ומרווחים כדי שהחלקים לא יתקעו ויכולו לעמוד בתלאות השימוש היומיומי. בואו נבחן לעומק כיצד לעבור מרעיון במחשב לחלק פיזי שמניע את העולם.
מושגים בסיסיים ואנטומיה של גלגל שיניים
כדי ששני גלגלי שיניים יעבירו כוח ותנועה בצורה נכונה, עליהם לחלוק פרמטרים מסוימים. החלק הבסיסי הוא טבעת הגלגל , שם ממוקמות השיניים. כדי להבין כיצד הן משתלבות, עלינו להסתכל על מעגל הגובה , שהוא הנקודה המדויקת שבה מתרחש מגע בין שני החלקים. בנוסף, ישנם עיגולים חיצוניים ופנימיים, המגדירים את הפסגה והעמק של כל שן.
פיסת מידע מרכזית נוספת היא הגובה המעגלי , שהוא למעשה המרחק הנמדד מנקודה על שן אחת לאותה נקודה על השן הבאה. בעת התכנון, עלינו גם לייעל את גוף גלגל השיניים, באמצעות זרועות או מחיצות כדי להפחית את האינרציה ולהקל על המשקל הכולל של החלק מבלי לפגוע ביציבותו המבנית.
סוגי ציוד לפי יישומם
בהתאם למה שאנחנו רוצים להזיז ולאיזה כיוון, נבחר סוג אחר של מנגנון. הנפוצים ביותר הם גלגלי שיניים גליליים ישרים , אידיאליים לסרנים מקבילים ולהפחתות משמעותיות במהירות במהירויות מתונות. אם אנחנו מחפשים משהו חלק ושקט יותר, גלגלי שיניים סליליים הם האפשרות הטובה ביותר, שכן השיניים הזוויתיות שלהם מאפשרות להם להתמודד עם כוח גבוה יותר עם נסיעה חלקה הרבה יותר.
- גלגלי שיניים משופעים: הם משמשים כאשר הצירים ניצבים (בזווית של 90 מעלות). הם יכולים להיות בעלי שיניים ישרות או ספירליות בהתאם למהירות ולעומס שעליהם לעמוד.
- מערכות פלנטריות או אפיציקליות: הם מורכבים מגלגל שיניים מרכזי הנקרא "שמש" המוקף ב"כוכבי לכת". בהתאם לשאלה האם הטבעת החיצונית קבועה או נעה, נוכל... לשנות את מהירות הפלט או אפילו להפוך את כיוון הסיבוב.
- גלגלי שיניים ומדפים תולעים: הראשון מושלם למניעת רעידות ולשמירה על מהירות קבועה, בעוד שהמתלה הוא כלי הכוכב עבור להמיר סיבוב לתנועה לינארית.
חומרים תעשייתיים וטכנולוגיות הדפסה
לא כל סוגי הפלסטיק מתאימים להעברת כוח. בעוד ש-FDM מצוין לאב טיפוס מהיר, טכנולוגיית SLS (סינטור לייזר סלקטיבי) מציעה חופש עיצובי מעולה וחוזק מכני גבוה משמעותית. ביישומים מקצועיים, משפחת החומרים iglidur® בולטת , שתוכננה במיוחד להפחתת שחיקה הודות לתכונות הטריבולוגיות שלה.
לדוגמה, iglidur I3 הוא הבחירה ההגיונית עבור גלגלי שיניים שפועים בשל חוזקו הגבוה, בעוד ש-I6 הוא החומר האידיאלי עבור גלגלי שיניים סליליים בשל יכולות ההחלקה שלו. עבור סביבות בהן חשמל סטטי מהווה דאגה, iglidur I8-ESD הוא הפתרון המושלם. יתרון עיקרי של פולימרים אלה הוא שהם אינם דורשים שימון חיצוני , מכיוון שהם מכילים חומרי סיכה מוצקים המשולבים במבנה שלהם.
הדפסה תלת-ממדית לעומת הזרקה
יש ויכוח מתמשך לגבי השיטה הטובה ביותר. כלל הזהב הוא כמות: אם אתם צריכים 10.000 חלקים זהים, הזרקה היא שיטת ייצור שאין שני לה מבחינת עלות. עם זאת, הדפסה תלת-ממדית היא המנצחת הברורה עבור ריצות קצרות, אבות טיפוס או חלקים חד-פעמיים . היא מאפשרת לכם להתאים את מודל ה-CAD תוך כדי תנועה ולקבל את הרכיב הסופי תוך שעות ספורות, תוך הימנעות מזמני ההספקה הארוכים של ייצור מסורתי.
ראינו דוגמאות מהעולם האמיתי שבהן טכנולוגיה זו הצילה את המצב, החל מצוותי פורמולה סטודנט שיצרו גלגלי שיניים לתיבות מירוצים בפחות מ-72 שעות, ועד לשחזור מדי מהירות במכוניות קלאסיות משנות ה-20 שבהן חלקי חילוף אינם זמינים עוד. אפילו בשירותים קריטיים, כמו משאיות כיבוי אש , גלגלי שיניים יקרים של מנועי סרוו הוחלפו בגרסאות מודפסות תלת-ממדיות המתמודדות ביעילות עם עומסים גבוהים.
טיפים מעשיים לתכנון וייצור
אם תחליטו לעצב גלגלי שיניים משלכם, היזהרו עם סבולות. בהדפסה תלת-ממדית, במיוחד בהדפסה FDM, חלקים נוטים להתרחב מעט. לכן, חיוני לאפשר מרווח טכני ; כלומר, המרווח בין השיניים צריך להיות מעט רחב יותר מהשן עצמה כדי למנוע היתקשות של החלק.
למי שאינו בקיא בתכנון מאפס, ישנם כלי תלת-ממד ומודלים להורדה שיכולים לשמש כנקודת התחלה, אם כי באופן אידיאלי כדאי ללמוד להשתמש בתוכנה כמו Solidworks כדי להתאים במדויק את המודולים. זכרו שהמפתח להצלחה טמון באיזון החומר הנבחר עם דרישות החיכוך והעומס של הפרויקט שלכם.
היכולת לייצר רכיבים מכניים בהתאמה אישית באמצעות פולימרים מתקדמים וסינטור לייזר הפכה את התחזוקה והשיקום התעשייתיים לדמוקרטיזציה. החל מבחירת החומר הנכון למניעת בלאי ועד לניהול אישורי תכנון, הדפסה תלת-ממדית ממטבת עלויות וזמן, ומציעה פתרונות חזקים המחליפים בהצלחה רכיבים ממתכת או רכיבים יצוקים בהזרקה במגוון רחב של יישומים.