- Detaljert analyse av de ulike typene gir og deres tekniske anvendelse i additiv produksjon.
- Sammenligning mellom spesialiserte industrimaterialer som iglidur® og FDM- og SLS-trykkprosesser.
- Konkurransefordeler ved 3D-printing fremfor sprøytestøping i produksjonen av prototyper og reservedeler.
Hvis du noen gang har vurdert å gi en gammel maskin et nytt liv, eller har lagt merke til at en plastdel på bilen din har gått i stykker, vet du at det kan være et skikkelig hodebry å finne den perfekte erstatningen. Det er her additiv produksjon kommer inn i bildet , som lar oss 3D-printe reservedeler til apparater og maskiner , og lage tilpassede mekaniske komponenter uten å måtte kaste hele enheten bare fordi et lite tannhjul har gått i stykker.
Selv om det ved første øyekast kan virke som om du bare trenger å trykke på «skriv ut», er realiteten at det å designe gir som faktisk fungerer er ganske komplekst. Det handler ikke bare om å tegne tenner, men om å forstå konsepter som modul og klaringer, slik at delene ikke setter seg fast og tåler påkjenningene ved daglig bruk. La oss ta en grundig titt på hvordan man går fra en idé på datamaskinen til en fysisk del som beveger verden.
Grunnleggende konsepter og anatomi av et gir
For at to tannhjul skal kunne overføre kraft og bevegelse riktig, må de dele visse parametere. Den grunnleggende delen er tannhjulets ring , der tennene er plassert. For å forstå hvordan de går i inngrep, må vi se på stigningssirkelen , som er det nøyaktige punktet der kontakten oppstår mellom de to delene. I tillegg er det ytre og indre sirkler, som definerer toppen og dalen til hver tann.
En annen viktig informasjon er den sirkulære stigningen , som i hovedsak er avstanden målt fra et punkt på én tann til samme punkt på den neste. Ved design må vi også optimalisere girhuset ved å bruke armer eller skillevegger for å redusere treghet og lette delens totale vekt uten å kompromittere dens strukturelle stabilitet.
Girtyper i henhold til bruksområde
Avhengig av hva vi ønsker å bevege oss i og i hvilken retning, velger vi en annen type mekanisme. De vanligste er rette sylindriske gir , ideelle for parallelle aksler og betydelige hastighetsreduksjoner ved moderate hastigheter. Hvis vi leter etter noe jevnere og stillere, er spiralformede gir det beste alternativet, ettersom de vinklede tennene deres lar dem håndtere høyere kraft med en mye jevnere kjøring.
- Koniske gir: De brukes når akslingene er vinkelrette (90 grader). De kan ha rette eller spiralformede tenner avhengig av hastigheten og belastningen de må tåle.
- Planetariske eller episykliske systemer: De består av et sentralt tannhjul kalt «Solen» omgitt av «planeter». Avhengig av om den ytre ringen er fast eller bevegelig, kan vi variere utgangshastigheten eller til og med reversere rotasjonsretningen.
- Snekkegir og tannstativer: Den første er perfekt for å forhindre vibrasjoner og opprettholde en konstant hastighet, mens tannstangen er stjerneverktøyet for konvertere rotasjon til lineær bevegelse.
Industrielle materialer og trykkteknologier
Ikke all plast er egnet for kraftoverføring. Mens FDM er utmerket for rask prototyping, tilbyr SLS-teknologi (Selective Laser Sintering) overlegen designfrihet og betydelig høyere mekanisk styrke. I profesjonelle applikasjoner skiller iglidur®- materialfamilien seg ut , spesielt utviklet for å redusere slitasje takket være deres tribologiske egenskaper.
For eksempel er iglidur I3 det logiske valget for sylindriske og koniske gir på grunn av sin høye styrke, mens I6 er det ideelle materialet for spiralformede gir på grunn av sine glideegenskaper. For miljøer der statisk elektrisitet er et problem, er iglidur I8-ESD den perfekte løsningen. En stor fordel med disse polymerene er at de ikke krever ekstern smøring , ettersom de inneholder faste smøremidler integrert i strukturen.
3D-printing vs. sprøytestøping
Det pågår en debatt om hvilken metode som er best. Den gylne regelen er kvantitet: Hvis du trenger 10 000 identiske deler, er sprøytestøping uslåelig når det gjelder kostnad. 3D-printing er imidlertid den klare vinneren for små serier, prototyper eller engangsstykker . Det lar deg justere CAD-modellen underveis og få den endelige komponenten i løpet av få timer, slik at du unngår de lange leveringstidene ved tradisjonell produksjon.
Vi har sett eksempler fra den virkelige verden der denne teknologien har reddet dagen, fra Formula Student- team som lager tannhjul til racinggirkasser på under 72 timer, til å restaurere speedometere i klassiske biler fra 20-tallet der reservedeler ikke lenger er tilgjengelige. Selv i kritiske tjenester, som brannbiler , har dyre servomotorgir blitt erstattet med 3D-printede versjoner som effektivt håndterer høye belastninger.
Praktiske tips for design og produksjon
Hvis du bestemmer deg for å designe dine egne tannhjul, vær forsiktig med toleranser. I 3D-printing, spesielt FDM, har deler en tendens til å utvide seg litt. Derfor er det viktig å tillate teknisk klaring ; det vil si at avstanden mellom tennene bør være litt bredere enn selve tannen for å forhindre at delen setter seg fast.
For de som ikke er kjent med design fra bunnen av, finnes det nedlastbare 3D-verktøy og -modeller som kan tjene som et utgangspunkt, men ideelt sett bør du lære å bruke programvare som Solidworks for å justere modulene presist. Husk at nøkkelen til suksess ligger i å balansere det valgte materialet med friksjons- og belastningskravene i prosjektet ditt.
Muligheten til å produsere spesialtilpassede mekaniske komponenter ved hjelp av avanserte polymerer og lasersintring har demokratisert industrielt vedlikehold og restaurering. Fra å velge riktig materiale for å forhindre slitasje til å håndtere designklareringer, optimaliserer 3D-printing kostnader og tid, og tilbyr robuste løsninger som erstatter metall- eller sprøytestøpte komponenter i en rekke bruksområder.