Top 3D-printfilamenten voor duurzame, hoogpresterende tandwielen

Er zijn veel typen 3D-printfilamenten die gebruikt kunnen worden voor het maken van tandwielen. Elk filament heeft zijn eigen eigenschappen en gedrag. Er zijn verschillende typen zoals Nylon, ABS, PLA, PETG, en andere.

De meeste 3D-printers worden geleverd met 1 type filament, dus je moet in andere investeren als je wilt experimenteren met andere filamenten voor verschillende doeleinden zoals het printen van tandwielen.

Het selecteren van een geschikt materiaal voor je 3D-geprinte tandwielen is niet zo simpel als naar de mechanische eigenschappen kijken, aangezien er diverse andere factoren overwogen moeten worden, waaronder printgemak, afwerkingskwaliteit en kosten.

In dit artikel bekijk ik mijn favoriete materialen voor 3D-geprinte tandwielen. Ik heb geëxperimenteerd met verschillende 3D-printmaterialen om verschillende typen tandwielen te maken en hier is mijn conclusie.

Beste 3D-printmateriaal/filament voor tandwielen

In het basis heeft elk thermoplast filament zijn voor- en nadelen. Nylon heeft de beste sterkte, PETG de beste laagtemperatuurprestaties, ABS de beste slaanweerstand en PLA zit ergens ertussenin. Kiezen tussen die materialen is een afweging op basis van je specifieke behoeften.

Over het algemeen gaand: Nylon gaat het langst mee, ABS zal iets langer mee gaan dan PLA, wat op zijn beurt iets langer mee zal gaan dan PETG.

Nylon is het beste filament om tandwielen mee te printen vanwege de sterkte, weerstand tegen hoge temperaturen en omdat het geen smering vereist voor de tandwielen om goed te werken. PLA is een nauwe tweede in termen van sterkte, maar kan geen hoge temperaturen aan en vervormt bij 45°C-50°C. ABS en PETG worden niet aanbevolen voor tandwielen.

1. Nylon

Ik zou zeggen: als je iets wilt dat niet erg bros is en makkelijk te printen, blijf dan bij Nylon. Het is een bioplastic gemaakt van hernieuwbare bronnen dat eruitziet als zijde en zich als zijde voelt tijdens het printen. Het voelt glad, is sterk en flexibel.

Nylon's lage wrijvingscoëfficiënt, hoge smelttemperatuur en hoge tussenlaaghechting maken het het ideale materiaal voor 3D-geprinte tandwielen.

Echter, Nylon's grote affiniteit voor water kan problematisch zijn, aangezien dit inconsistente resultaten kan creëren. Extruder-printers brengen het materiaal op een vergelijkbare manier aan als een lijmpistool en het probleem is dat nylon water als een spons opneemt, wat ertoe leidt dat het opzwelt en allemaal problemen tijdens het printen creëert.

Nylon-filament neemt vocht uit de lucht op, waardoor het filament opzwelt. Tussen 1% en 3% vochtgehalte kan ertoe leiden dat het materiaal faalt bij het printen, en tussen 5% tot 8% begint het in het 3D-geprinte onderdeel te absorberen.

Dit veroorzaakt problemen niet alleen tijdens het printproces, maar vermindert ook aanzienlijk de levensduur van het eindproduct en maakt het ongeschikt voor buitenafgebruik.

Gegeven deze sterktes en zwaktes, is nylon nog steeds een uitstekende kandidaat voor 3D-printen van tandwielen.

Nu laten we kijken naar de drie meest gebruikte materialen in 3D-printen: PLA, ABS en PETG.

2. PLA

Voor 3D-printen zijn er veel geweldige dingen te zeggen over PLA. Laten we beginnen met het feit dat het een lage kostprijs heeft, $20/kg per spoel, en als je de elektriciteitskosten erbij rekent, omdat je geen extreem hoge printtemperatuur nodig hebt zoals bij ABS, eindigt PLA als een fantastisch filament over het algemeen.

Het heeft uitstekende flexibiliteit en behoudt nog steeds goede sterkte en slijtvastheid, weshalb ik het een veel beter materiaal voor tandwielen achte dan ABS en PETG, maar niet zo goed als Nylon.

Echter, PLA kan geen hoge temperaturen aan en begint te vervormen zelfs als het buiten in de zon blijft liggen tijdens de zomer.

Neem dat in aanmerking bij het beslissen welk filament te gebruiken; Als de tandwielen blootgesteld zullen worden aan hoge temperaturen, overweeg dan Nylon, zo niet, dan werkt PLA perfect!

3. ABS

Je hebt waarschijnlijk geprobeerd tandwielen te maken met ABS, alleen om te ontdekken dat het materiaal zelf niet zo goed geschikt is voor tandwielen.

Aan de ene kant, aangezien het geprint moet worden bij een zeer hoge temperatuur, met een verwarmd bed en in een gesloten printer (doorgaans), duurt het een paar pogingen voordat je je tandwielen correct krijgt geprint, aangezien ABS erg gevoelig is voor krimp (warping) vanwege de hoge printtemperatuur.

Niet alleen dat, maar als je twee identieke tandwielen van PLA en ABS vergelijkt, kan de ABS-versie niet dezelfde krachten weerstaan als PLA.

Feitelijk, probeer het zelf: print een paar tandwielen met elk materiaal, en oefen kracht uit met een tang. Je zult merken dat de ABS-versie gemakkelijk knakt, terwijl de PLA-versie bijna onverwoestbaar is.

Tot slot produceert ABS giftige rookgassen tijdens het printen, wat een extra reden is om het niet te gebruiken, tenminste niet voor tandwielen.

4. PETG

PETG is over het algemeen iets goedkoper dan ABS, en iets duurder dan PLA.

Zowel PLA als ABS zijn goedkoper, steviger en rigider dan PETG, wat an sich een goed materiaal is voor sommige dingen, maar niet de beste keuze voor algemeen tandwielontwerp.

Na gegevens over de materiaaleigenschappen te hebben bekeken, plaats ik PETG onderaan mijn lijst. Hoewel het een duktil materiaal is, is het ook zachter, flexibeler en minder slijtvast dan zowel ABS als PLA, wat het een slechtere keuze voor tandwielen maakt.

PETG is ook hygroscopisch, net als Nylon, en moet voor gebruik voorgedroogd worden om potentieel problemen te vermijden. Een veelvoorkomende klacht over PETG is dat het bros is. Een van de redenen hiervoor is de lagere glasovergangstemperatuur, aangezien het begint te verzachten bij 80°C, terwijl ABS bijvoorbeeld temperaturen tot ~100°C aan kan, en nylon tot minstens 120°C.

Dus, aangezien het niet zo goed is in het weerstaan van hoge temperaturen maar ook onder een paar andere issues lijdt, zou ik PETG niet aanbevelen voor tandwielen boven Nylon of PLA.

Smering van 3D-geprinte tandwielen

Smering vermindert wrijving en slijtage. Nu heb ik geen goede manier om slijtagesnelheden te meten, dus ik kan niet zeggen of het smeren van kunststofonderdelen ze langer laat mee gaan, maar uit ervaring kan ik vertellen dat in sommige gevallen kunststofonderdelen langer meegaan als ze gesmeerd zijn.

Als je tandwielen met tanden gebruikt in plaats van robuustere spline-typen, kan smering slijtage en geluid verminderen en de efficiëntie verbeteren.

Echter, de gangbare methoden van 'insmeren' van een oppervlak met vet of olie om slijtage en wrijving te weren, zijn minder ideaal voor onervaren mensen, aangezien ze vaak het verkeerde vet voor PLA, ABS en PETG gebruiken.

De eerste stap bij het kiezen van een geschikt smeermiddel voor tandwielen is uitvinden met welk type kunststof je werkt. Verschillende typen kunststoffen reageren op verschillende typen smeermiddelen. Een vuistregel is dat plastic filamenten vaak petrochemisch zijn en compatibel zullen zijn met een petrochemisch smeermiddel.

Nylon en ABS zijn polymeren die afstammen van petrochemicaliën, dus ze zullen OK zijn met de juiste olie-gebaseerde smeermiddelen.

PLA en PET, aan de andere kant, neigen ertoe een meer plantaardige chemische samenstelling te hebben. Als zodanig reageren ze beter op minder viskeuze plantaardige oliën. Door het type olie of vet te veranderen dat je gebruikt, kun je de prestaties van je printer afstemmen op je behoeften.

Wit lithium, PTFE, en silicone-gebaseerde smeermiddelen zijn goed geschikt voor algemeen gebruik. Ze zijn de beste keuzes voor lange levensduur zonder frequente hertoepassing.

Echter, nylon heeft in het algemeen zeer acceptabele resultaten en je hoeft geen fysieke smering aan de tandwielen toe te voegen.

Ik heb een paar tandwielen gemaakt die al meer dan 3 maanden werken zonder enige smering zonder een enkele tandwiel-uitval.

Stärkere 3D-geprinte tandwielen printen

Hoewel de belangrijkste factor in termen van sterkte het materiaal zelf is, zijn er een paar printinstellingen die je ook kunnen helpen een sterker onderdeel te bereiken.

Zorg dat het filament voldoende opgewarmd is

In Fused Deposition Modeling (FDM) moeten de geprintte lagen samen smelten tot een vast onderdeel; De eerste laag smelt met de laatste laag, en zo voort, en hogere temperaturen resulteren meestal in een betere "samen smelting" van de lagen, wat ze sterker maakt.

Infill-overlap verhogen

Infill-overlap is het gebied van de omtrek dat overlapt met een infill-laag. De overlap is nodig om betere sterkte tussen de infill en de omtrek te bereiken.

Je laaghogte verhogen maakt het meestal makkelijker om een goede binding tussen een infill-laag en de omtrek te bereiken. Echter, als je ervoor kiest dit te doen, moet je een exponentiële toename van je laaghogte vermijden, omdat dit kan leiden tot opkruilen bij kleinere onderdelen.

Afkoeling uitschakelen of verminderen

Laaghechting is extreem belangrijk en de sleutel om het te bereiken is de printtemperatuur en de temperatuur van de vorige laag hoog genoeg te houden. Dit is lastiger te bereiken wanneer elke laag actief gekoeld wordt.

Afkoeling is een controversieel onderwerp in 3D-printen en meningen erover varieren van "afkoeling is essentieel voor hoge-kwaliteit prints" tot "afkoeling verbetert printkwaliteit helemaal niet".

Voor zover ik weet, is afkoeling een groot ding in 3D-printen. Het stelt onderdelen in staat om zonder defecten gemaakt te worden, en veel ingewikkelde vormen zijn alleen mogelijk dankzij afkoeling. Maar er is een trade-off verbonden aan afkoeling, namelijk oppervlakkwaliteit in ruil voor sterkte.

Als je doel is om maximale sterkte te bereiken, verlaag de afkoeling of schakel het volledig uit.

Optimale laaghogte

Een van de belangrijkste 'regels' van 3D-printsnelheden is dat met toenemende laaghogte de snelheid toeneemt, terwijl sterkte en kwaliteit van 3D-prints afnemen.

Hoef dichter de laaghogte, hoe betere laaghechting, en dus minder open ruimte voor zwakke plekken in je print.

Welke infill moet je voor tandwielen gebruiken?

De eerste keer dat ik ooit dacht over het printen van tandwielen, was ik ervan overtuigd dat 100% infill de sterkste tandwiel overall zou opleveren.

Maar dat was niet het geval en de tandwielen die ik met 50% infill printte, waren net zo sterk als degenen die ik met 100% printte.

Kortom, er is geen behoefte om boven 50% infill te gaan, tenminste niet in mijn eigen ervaring.

Vergelijkingstabel

Filament	Tandwielkwaliteit	Nozzeltemperatuur	Verwarmd bed	Krimprisko	Gebruiksgemak	Kosten
PLA	Uitstekend	180°C – 230°C	Niet vereist	Laag	Makkelijk	$10 – $25
ABS	Slecht	230°C – 250°C	~100°C	Matig	Gemiddeld	$15 – $25
PETG	Slecht	230°C – 250°C	~100°C	Laag	Makkelijk	$15 – $20
Nylon	Beste	230°C – 260°C	80°C – 100°C	Matig	Gemiddeld	$50 – $65

Conclusie

Nylon is de duidelijke keuze om alle redenen die ik noemde, maar de meeste van ons hebben Nylon niet klaar liggen.

Echter, PLA levert fantastische resultaten en creëert sterke en betrouwbare tandwielen en gelukkig is het een materiaal dat elke maker doorgaans beschikbaar heeft en klaarstaat om mee te printen.

Dus, als je toegang hebt tot Nylon, gebruik dat. Anders doet PLA het prima!

Ik hoop dat deze informatie nuttig was!

Fijne dag!

Bekijk onze aanbevolen producten sectie

We hebben een aanbevolen productensectie gemaakt die je in staat stelt de gokken te elimineren en de tijd die je besteedt aan het onderzoeken van welke printer, filament of upgrades je moet kopen te verminderen, aangezien we weten dat dit een erg ontmoedigende taak kan zijn die doorgaans leidt tot veel verwarring.

We hebben slechts een handvol 3D-printers geselecteerd die we geschikt achten voor beginners, gevorderden en zelfs experts, wat de keuze makkelijker maakt. De filamenten en upgrades die worden vermeld, zijn allemaal door ons getest en zorgvuldig geselecteerd, zodat je weet dat welke je ook kiest, zal werken zoals bedoeld.