3D spausdinimo įrankiai yra ne tik įmanomi-, bet ir suteikia aiškių pranašumų konkrečiose situacijose, kai tradicinė gamyba nesiseka. Krumpliaračiai perduoda galią tiksliai sukibę dantis, kad paverstų sukimosi judesius ir reguliuotų greitį arba sukimo momentą. Įprasta gamyba priklauso nuo metalo pjovimo arba liejimo įpurškimo. Pridedant gaminant dalis sluoksnis po sluoksnio sukuriamas tiesiai iš skaitmeninio modelio, todėl nebereikia formų ar sudėtingų įrankių ir atsiranda geometrijos, kurias kitaip būtų sunku arba brangu pagaminti.
Tikslumas priklauso nuo mašinos ir proceso. Daugelis pramoninių sistemų pasiekia maždaug ±0,1 mm matmenų nuokrypius, kurių pakanka daugeliui ne-kritinių programų. Aukštesnės klasės procesai, tokie kaip SLA arba SLS, kontroliuojamomis sąlygomis gali pasiekti ±0,05 mm.
Galimybių pagrindai
Skaitmeninė darbo eiga leidžia tiksliai valdyti evoliucinius profilius, žingsnį, slėgio kampą ir modulį. Dizaineriai gali kartoti dantų formas, pridėti lengvų gardelių konstrukcijų ratlankio viduje arba sukurti ne-standartinę geometriją (eglutę, asimetrinę arba pasirinktines šaknų filė) be papildomų įrankių. Šis lankstumas yra pagrindinė priežastis, dėl kurios 3D spausdintoms pavaroms pavyksta kurti prototipus ir atlikti mažą-apimtį.
Tinkami taikymo scenarijai
1. Prototipų kūrimas ir dizaino patvirtinimas
Ankstyvojo produkto kūrimo metu inžinieriams dažnai prireikia funkcinių pavarų, kad galėtų patikrinti perdavimo koeficientą, ryšio kokybę, triukšmą ir apkrovos kelius. 3Spausdinant D fizines dalis galima pristatyti per valandas ar dienas, o ne savaites. Pavyzdžiui, automobilių komandos naudoja spausdintas pavaras, kad patvirtintų pavarų dėžės koncepcijas, prieš pradėdamos naudoti brangius įrankius. Individualizuotos arba sudėtingos dantų formos (ne-standartinės evoliucijos, dvigubos-spiralinės konstrukcijos) ir lengvi tuščiaviduriai ratlankiai gali būti pagaminti iš vienos konstrukcijos.
2. Maža-apkrova ir ne-kritinis naudojimas
Buitinės elektronikos -išmaniųjų laikrodžių, žaislų, mažų pavarų{1}} sukimo momentas ir darbo ciklai yra nedideli. Spausdintos plastikinės pavaros veikia tinkamai, išlaiko svorį ir mažą kainą. Laikinos pramoninės įrangos atsarginės dalys taip pat puikiai tinka: kai mašina neveikia, o OĮG pavara turi ilgą pristatymo laiką, 3D spausdinta versija gali atkurti veikimą, kol atkeliaus nuolatinis komponentas.
3. Reikalavimai specialiosioms medžiagoms
Inžinerinis plastikas atveria papildomų galimybių. PEEK ir aukštos temperatūros nailonai atlaiko nuolatinę aukštesnę nei 200 laipsnių temperatūrą ir yra atsparūs daugeliui cheminių medžiagų, todėl yra naudingi aviacijos, cheminio apdorojimo ar medicinos aplinkoje. Lanksčios medžiagos, pvz., TPU, sukuria pavaras, kurios sugeria smūgius ir sumažina vibraciją -vertingos robotų jungtyse arba suderinamuose mechanizmuose.
Realūs{0}}pasaulio pavyzdžiai palaiko šiuos naudojimo būdus. „Formula Student“ lenktynių komandos užsisakė tinkintus polimerinius krumpliaračius, naudodamos pramoninio 3D spausdinimo paslaugas, ir per 72 valandas gavo funkcines dalis grandinės- pavaros bandymams. Oro uostų ugniagesių{6}}aptarnavimo komandos naudojo spausdintus įrankius, kad remontuotų vandens-patrankų sistemas avarinėse transporto priemonėse, kai OĮG atsarginių dalių nebuvo. Švietimo įstaigos spausdina pavarų rinkinius, skirtus transmisijos principų mokymui, už mažesnę nei apdirbto metalo modelių kainą.
Pagrindiniai sėkmingo Gears techniniai aspektai
Dizaino optimizavimas
Teisingas modulis, slėgio kampas ir danties storis išlieka būtini. Įprasti spausdintinių krumpliaračių moduliai yra nuo 0,5 mm iki 3 mm. Pridėjus gausių šaknų filė ir, kur įmanoma, sutvirtinus šonkaulius, sumažėja streso koncentracija. Topologijos optimizavimas arba korio užpildymas gali sumažinti masę išsaugant dantų stiprumą. Tyrimai ir praktiniai bandymai rodo, kad gerai-optimizuotos spausdintos pavaros gali 30 % ar daugiau pailginti nuovargio naudojimo laiką, palyginti su ne-optimizuotomis tos pačios medžiagos versijomis.
Proceso pasirinkimas
FDM (lydytojo nusodinimo modeliavimas) suteikia prieinamumą, tačiau paprastai užtikrina ±0,2 mm tikslumą ir matomas sluoksnio linijas. SLA ir SLS užtikrina geresnę skiriamąją gebą ir geresnę paviršiaus kokybę, kad atitiktų-didesnio tikslumo poreikius. Svarbi spaudinio orientacija: dantų orientavimas taip, kad kritiniai šonai nebūtų lygiagretūs statybiniams sluoksniams, pagerina tvirtumą ir sumažina atramų poreikį. Sluoksnio aukštis 0,05–0,1 mm pagerina šonų lygumą, sumažinant statybos laiką.
Apdorojamas įrašas-
Dažnai reikalinga paviršiaus apdaila. Šlifavimas, cheminis išlyginimas arba purškimas pūtimu gali sumažinti Ra 6–12 µm šiurkštumą iki Ra 1,6 µm ar daugiau, todėl sumažėja triukšmas ir susidėvėjimas. Atkaitintos nailono dalys sumažina liekamąjį įtempį ir pagerina matmenų stabilumą. Metalinius krumpliaračius, pagamintus naudojant rišiklio-srove-arba miltelių{7}}sluoksnį, gali reikėti termiškai apdoroti arba infiltruoti, kad būtų visas tankis ir tvirtumas.
Apribojimai, kuriuos reikia nepamiršti
Medžiagos stiprumas yra pagrindinis apribojimas. Įprasti siūlai, pvz., PLA ir ABS, pasižymi 50–80 MPa stipriu lenkimu,{3}}daug mažesniu už plieno (300–500 MPa ar daugiau). Netgi sustiprinti nailonai ir PEEK lieka riboti, kad būtų užtikrintas nuolatinis didelio -sukimo momento ar didelio{8}}smūgio veikimas. FDM tarpsluoksnių sujungimas dar labiau sumažina efektyvų stiprumą; apkrovos bandymai dažnai rodo, kad spausdintos krumpliaračiai pasiekia tik 25–35 % teorinio birių medžiagų stiprumo.
Atsparumas dilimui yra dar vienas iššūkis. Plastikiniai šonai gamina šilumą slystančiu kontaktu ir gali susidėvėti greičiau nei metaliniai ar įpurškiami inžineriniai plastikai, nebent būtų naudojami specialūs mažos-trinties junginiai (pavyzdžiui, tam tikros igus medžiagos). Kai kurių komercinių tribologinių siūlų nusidėvėjimo laikas yra iki penkių kartų ilgesnis nei standartinių POM, atliekant lyginamuosius bandymus esant vidutinei apkrovai.
Norint užtikrinti kelių konstrukcijų matmenų nuoseklumą, reikia sukalibruotų mašinų ir kontroliuojamos aplinkos. Gamybos apimtims, viršijančioms maždaug 1000 vienetų, įpurškimas arba įprastas apdirbimas paprastai tampa ekonomiškesnis.
Tipiški taikymo pavyzdžiai
Išsilavinimas: universitetai spausdina sukomplektuotas pavarų dėžes, kad parodytų santykį, atstumą ir efektyvumą be brangių metalinių rinkinių.
Medicinos prietaisai: individualiai pritaikytos miniatiūrinės krumpliaračiai sąnarių protezuose arba pagalbiniai prietaisai gali būti pritaikyti pagal individualią anatomiją.
Menas ir interaktyvios instaliacijos: dizaineriai kuria sudėtingus, vizualiai įspūdingus pavarų mechanizmus, kurių būtų nepraktiška apdirbti.
Priežiūra: laikinos arba avarinės pakeitimo pavaros užtikrina, kad gamybos linijos veiktų, kol gaunamos nuolatinės dalys.
Išvada
3D spausdintos pavaros pasižymi prototipų kūrimu, mažos{1}}–-vidutinio apkrovimo programomis, greitu pakeitimu ir situacijose, kai reikia neįprastos geometrijos ar specialių medžiagų. Sėkmė priklauso nuo apgalvoto dizaino, tinkamos medžiagos ir proceso pasirinkimo bei tikroviško tolesnio apdorojimo. Kadangi daugelio{6}}medžiagų ir didesnės-raiškos sistemos ir toliau tobulėja, perspektyvių pramoninių panaudojimų spektras ir toliau plėsis. Didelės-apkrovos,{10}}greitai ar ilgai{11}}tarnaujančiam jėgos perdavimo atveju metalinės krumpliaračiai, pagaminti tradiciniais metodais, išlieka saugesnis pasirinkimas.
DUK
K: Ar 3D spausdintos pavaros gali atlaikyti tikras mechanines apkrovas?
A: Taip, ribose. Nailonas, PETG ir sustiprintos medžiagos gerai veikia esant mažam-–-vidutiniam sukimo momentui. Didelėms nuolatinėms apkrovoms ar smūgiams dažniausiai reikia metalinių krumpliaračių.
Kl .: Kuris 3D spausdinimo procesas yra geriausias krumpliaračiams?
A: SLA arba SLS geresniam tikslumui ir paviršiaus apdailai; FDM pigiems{0}}prototipams, kai tikslumas yra antraeilis dalykas. Orientacija ir sluoksnio aukštis stipriai veikia galutinį veikimą.
Kl .: Kaip 3D spausdintų plastikinių krumpliaračių stiprumas skiriasi nuo metalo?
A: Plastikinės pavaros yra žymiai silpnesnės ir mažiau atsparios{0}}dėvėjimuisi. Jie tinkami lengviems darbams; plienas ar kiti metalai išlieka būtini didelės galios perdavimui.
K: Ar 3D spausdintos krumpliaračiai yra pakankamai tikslūs, kad būtų galima sklandžiai susijungti?
A. Tinkamai suprojektavus ir su galinga mašina, pasiekiami ±0,05–0,1 mm leistini nuokrypiai, -pakankami daugeliui ne-kritinių programų. Kritiškai didelės-greities arba mažo{6} atstūmimo sistemos vis dar teikia pirmenybę įprastoms pavaroms.
K: Kada 3D spausdinimas tampa ekonomiškesnis nei tradiciniai metodai?
Ats.: vienkartiniams-priemonėms, prototipams ir mažos-pritaikytos pavaros (paprastai mažiau nei keli šimtai vienetų). Daugiau nei 1000 identiškų dalių, liejimas arba apdirbimas paprastai siūlo mažesnę vieneto kainą.