Orodja za 3D-tiskanje niso samo izvedljiva-, temveč nudijo očitne prednosti v posebnih situacijah, kjer tradicionalna proizvodnja ne uspe. Zobniki prenašajo moč z natančnim zapletom zob za pretvorbo rotacijskega gibanja in prilagajanje hitrosti ali navora. Konvencionalna proizvodnja temelji na rezanju kovin ali brizganju. Aditivna proizvodnja gradi del plast za plastjo neposredno iz digitalnega modela, odpravlja potrebo po kalupih ali zapletenem orodju in omogoča geometrije, ki bi jih sicer težko ali drago izdelati.
Natančnost je odvisna od stroja in postopka. Številni industrijski sistemi dosegajo tolerance dimenzij okoli ±0,1 mm, kar zadostuje za večino nekritičnih aplikacij. Vi-postopki, kot sta SLA ali SLS, lahko pod nadzorovanimi pogoji dosežejo ±0,05 mm.
Temelji izvedljivosti
Digitalni potek dela omogoča natančen nadzor nad evolventnimi profili, naklonom, kotom pritiska in modulom. Oblikovalci lahko ponovijo oblike zob, dodajo lahke rešetkaste strukture znotraj roba ali ustvarijo ne-standardne geometrije (ribja kost, asimetrični ali koreninski zaokroži po meri) brez dodatnih stroškov orodja. Ta prilagodljivost je glavni razlog, da so 3D natisnjeni zobniki uspešni pri izdelavi prototipov in majhnem obsegu-dela.
Primerni scenariji uporabe
1. Izdelava prototipov in validacija načrta
Med zgodnjim razvojem izdelkov inženirji pogosto potrebujejo funkcionalne prestave, da hitro preizkusijo razmerja prenosa, kakovost mreže, hrup in poti obremenitve. 3D-tiskanje dostavi fizične dele v urah ali dneh namesto v tednih. Avtomobilske ekipe na primer uporabljajo natisnjene zobnike za potrditev konceptov menjalnika, preden se zavežejo dragemu orodju. Po meri ali zapletene oblike zob (ne-standardne evolvente, dvojne-vijačne oblike) in lahke votle robove je mogoče realizirati v eni sami konstrukciji.
2. Nizka-obremenitev in-nekritična uporaba
Pri potrošniški elektroniki-pametnih urah, igračah, majhnih aktuatorjih-so navor in delovni cikli skromni. Tiskani plastični zobniki delujejo ustrezno ter ohranjajo nizko težo in ceno. Začasni nadomestni deli za industrijsko opremo se prav tako dobro prilegajo: ko stroj ne deluje in ima oprema OEM dolg čas, lahko 3D-natisnjena različica obnovi delovanje, dokler ne prispe stalna komponenta.
3. Zahteve za posebne materiale
Inženirska plastika odpira dodatne možnosti. PEEK in visoko{1}}temperaturne najlonske tkanine vzdržijo stalne temperature nad 200 stopinj in so odporne na številne kemikalije, zaradi česar so uporabne v vesoljskih okoljih, kemični obdelavi ali medicinskih okoljih. Prilagodljivi materiali, kot je TPU, ustvarjajo zobnike, ki absorbirajo udarce in zmanjšajo vibracije,-ki so dragoceni v robotskih sklepih ali skladnih mehanizmih.
Primeri iz-resničnega sveta podpirajo te uporabe. Dirkaške ekipe Formula Student so prek storitev industrijskega 3D-tiskanja naročile polimerne zobnike po meri in v 72 urah prejele funkcionalne dele za testiranje verižnega-pogona. Ekipe letališke gasilske-službe so uporabile natisnjene zobnike za popravilo sistemov-vodnih topov na reševalnih vozilih, ko rezervni deli OEM niso bili na voljo. Izobraževalne ustanove tiskajo komplete orodja za poučevanje principov prenosa po le delčku cene strojno obdelanih kovinskih modelov.
Ključni tehnični vidiki za uspešne prestave
Optimizacija oblikovanja
Pravilni modul, kot pritiska in debelina zob ostajajo bistveni. Tipični moduli za tiskane čelne zobnike segajo od 0,5 mm do 3 mm. Dodajanje izdatnih koreninskih filetov in, kjer je mogoče, ojačitvenih reber zmanjša koncentracijo napetosti. Optimizacija topologije ali satjasta polnila lahko zmanjšajo maso in hkrati ohranijo trdnost zob. Študije in praktični preizkusi kažejo, da lahko dobro-optimizirani tiskani zobniki dosežejo 30-odstotno ali več izboljšav življenjske dobe zaradi utrujenosti v primerjavi z ne-optimiziranimi različicami istega materiala.
Izbira postopka
FDM (fused deposition modeling) ponuja dostopnost, vendar običajno zagotavlja natančnost ±0,2 mm in vidne črte plasti. SLA in SLS zagotavljata boljšo ločljivost in boljšo kakovost površine za potrebe višje-natančnosti. Usmerjenost tiskanja je pomembna: orientacija zob tako, da kritični robovi niso vzporedni z gradbenimi plastmi, izboljša trdnost in zmanjša potrebo po podporah. Višina sloja 0,05–0,1 mm izboljša gladkost bokov na račun časa gradnje.
Naknadna-obdelava
Pogosto je potrebna površinska obdelava. Brušenje, kemično glajenje ali peskanje medijev lahko zmanjša hrapavost z Ra 6–12 µm na Ra 1,6 µm ali več, kar zmanjša hrup in obrabo. Žarjeni najlonski deli razbremenijo preostale napetosti in izboljšajo dimenzijsko stabilnost. Kovinski zobniki, proizvedeni s postopkom z-brizganjem veziva ali prahom-za polno gostoto in trdnost, bodo morda potrebovali toplotno obdelavo ali infiltracijo.
Omejitve, ki jih je treba upoštevati
Trdnost materiala je glavna omejitev. Običajni filamenti, kot sta PLA in ABS, ponujajo upogibno trdnost v območju 50–80 MPa-daleč pod jeklom (300–500 MPa ali več). Tudi ojačani najloni in PEEK ostajajo omejeni za neprekinjeno delo z visokim-navorom ali visokim-udarcem. Med-slojna vezava v FDM dodatno zmanjša učinkovito trdnost; preskusi obremenitve pogosto kažejo, da tiskani zobniki dosegajo le 25–35 % teoretične trdnosti razsutega materiala.
Odpornost proti obrabi je še en izziv. Plastični robovi ustvarjajo toploto pri drsnem stiku in se lahko obrabijo hitreje kot kovina ali brizgana-tehnična plastika, razen če se uporabljajo posebne spojine z nizkim{2}}trenjem (na primer določeni materiali igus). Nekateri komercialni tribološki filamenti so v primerjalnih testih pri zmernih obremenitvah pokazali do petkrat daljšo življenjsko dobo standardnega POM.
Dimenzijska skladnost v več zgradbah zahteva kalibrirane stroje in nadzorovana okolja. Za proizvodne količine nad približno 1.000 kosov postane brizganje ali običajna strojna obdelava običajno bolj ekonomična.
Tipični primeri uporabe
Izobraževanje: univerze natisnejo celotne zobniške sklope, da prikažejo razmerja, zračnost in učinkovitost brez dragih kovinskih kompletov.
Medicinski pripomočki: prilagojeni miniaturni zobniki v protetičnih sklepih ali pripomočkih se lahko prilagodijo individualni anatomiji.
Umetniške in interaktivne instalacije: oblikovalci ustvarjajo zapletene, vizualno osupljive zobniške mehanizme, ki bi bili nepraktični za strojno obdelavo.
Vzdrževanje: začasne ali nujne nadomestne prestave skrbijo za delovanje proizvodnih linij, medtem ko so na voljo trajni deli.
Zaključek
3D-natisnjeni zobniki so odlični pri izdelavi prototipov, aplikacijah z nizko-do-zmerno obremenitvijo, hitri zamenjavi in situacijah, ki zahtevajo nenavadno geometrijo ali posebne materiale. Uspeh je odvisen od premišljene zasnove, ustrezne izbire materiala in postopka ter realistične naknadne-obdelave. Ker se sistemi z več-materiali in višjo{7}}ločljivostjo še naprej izboljšujejo, se bo razpon izvedljivih industrijskih uporab še naprej širil. Za visoko-obremenitev, visoko-hitrost ali dolgo{11}}življenjski prenos moči ostanejo kovinski zobniki, izdelani po tradicionalnih metodah, varnejša izbira.
pogosta vprašanja
V: Ali lahko 3D natisnjeni zobniki prenesejo dejanske mehanske obremenitve?
O: Da, v mejah. Najlon, PETG in ojačani materiali se dobro obnesejo pri nizkem-do-zmernem navoru. Velike neprekinjene obremenitve ali udarci običajno zahtevajo kovinske zobnike.
V: Kateri postopek 3D tiskanja je najboljši za zobnike?
O: SLA ali SLS za boljšo natančnost in površinsko obdelavo; FDM za poceni-cenovne prototipe, ko je natančnost drugotnega pomena. Orientacija in višina plasti močno vplivata na končno učinkovitost.
V: Kakšna je trdnost 3D natisnjenih plastičnih zobnikov v primerjavi s kovinskimi?
O: Plastični zobniki so občutno šibkejši in manj{0}}odporni na obrabo. Primerni so za lahka dela; jeklo ali druge kovine ostajajo potrebne za prenos visoke moči.
V: Ali so 3D natisnjeni zobniki dovolj natančni za gladko začetje?
O: S pravilno zasnovo in zmogljivim strojem so tolerance ±0,05–0,1 mm dosegljive-ustrezne za številne ne-kritične aplikacije. Kritični sistemi visoke-hitrosti ali nizke-zračnosti še vedno dajejo prednost konvencionalno izdelanim zobnikom.
V: Kdaj postane 3D tiskanje bolj ekonomično od tradicionalnih metod?
O: Za enkratne-primere, prototipe in-majhno{1}}opremo po meri (običajno pod nekaj sto kosov). Nad približno 1.000 enakimi deli brizganje ali strojna obdelava običajno nudi nižje stroške na enoto.