Engranajes impresos en 3D: lo que necesita saber

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Piense en la última vez que usó un abrelatas. O la primera vez que has montado en bicicleta. ¿Alguna vez te has preguntado cómo funcionan estas cosas? Todo es gracias a esas esferas dentadas que ves en ellos: engranajes.

Los engranajes son conocidos como uno de los mayores inventos de la humanidad. Desde entonces, la gente los ha utilizado para transmitir energía de una parte de una máquina a otra para cambiar la velocidad, la fuerza y ​​la dirección. Hoy en día, puede encontrarlos en casi todos los electrodomésticos modernos que pueda imaginar.

Los engranajes pueden parecer simples, pero realizan un trabajo extenuante para que las máquinas funcionen correctamente. Por lo tanto, deben estar libres de fatiga y estrés para evitar fallas que conduzcan a eventos desastrosos. Debido a esto, la fabricación de engranajes se considera un campo altamente especializado.

En este artículo, conocerá la aplicación de la tecnología de impresión 3D en la fabricación de engranajes que puede usar para los electrodomésticos del día a día.

Engranajes impresos en 3D

A lo largo de los años, los procesos en la producción de engranajes permanecen sin cambios. Pero con el crecimiento continuo de la demanda de engranajes, los fabricantes de engranajes están pensando en formas innovadoras de producirlos más rápido.

La impresión 3D es una técnica de fabricación aditiva (FA) que ha revolucionado el mundo de la fabricación. Sin embargo, la fabricación de engranajes requiere habilidades especiales, por lo que la impresión 3D parece sensata para producirlos. Los engranajes impresos en 3D son inherentemente más débiles en comparación con sus contrapartes de corte de metal y fabricación tradicional.

Entonces, ¿por qué imprimir engranajes en 3D? A pesar de ser menos duraderos, siguen siendo muy adecuados para una amplia gama de aplicaciones. Además, AM permite una personalización más sencilla de los engranajes y una producción más rápida.

Hacer engranajes impresos en 3D

1. Usar el diseño correcto

Al diseñar un solo engranaje, debe considerar dos parámetros básicos: su paso y la cantidad de dientes. El paso denota el número de dientes del engranaje con un diámetro de una pulgada. En un conjunto de engranajes, los dientes de los engranajes deben encajar perfectamente entre sí.

La creación de prototipos de un engranaje puede ser fácil, pero obtener el diseño correcto puede ser un desafío. El diseño de engranajes modernos es una disciplina centenaria que involucra mucha física. Es bueno que las herramientas y el software del generador de engranajes hagan que el proceso de diseño sea mucho más manejable.

2. Usar los materiales correctos

La rigidez y la durabilidad son propiedades vitales de los engranajes y pueden verse significativamente afectadas por los materiales que utilice. Las propiedades químicas del material son tan importantes como sus propiedades mecánicas. Ambos pueden afectar el proceso de impresión y la calidad general del objeto.

Además de los metales, los filamentos termoplásticos se utilizan para imprimir engranajes en 3D. Lea el resto del artículo para obtener más información sobre PLA, ABS, PETG y nailon. Al final, tendrá una mejor comprensión de estos materiales para ayudarlo a determinar cuál funcionaría mejor para sus engranajes.

3. Esté atento durante la impresión

La impresión 3D está completamente automatizada, pero aún así es imperativo estar atento durante el proceso de impresión, ya que aún pueden ocurrir peligros. Por ejemplo, hay casos informados de impresoras que se incendian debido a un cableado defectuoso o fallas en la cama caliente. Del mismo modo, la impresión podría desprenderse de la superficie en medio del proceso y provocar que los filamentos salpiquen fuera de control.

En el lado bueno, aún puede monitorear su proyecto de impresión a distancia a través de cámaras de CCTV y aplicaciones que pueden operar su impresora 3D desde lejos.

¿Cuál es el mejor material para engranajes impresos en 3D?

Los materiales que utiliza afectan significativamente el proceso y el resultado final. Los metales son el material más común utilizado en la fabricación de engranajes. Sin embargo, en la impresión 3D, los termoplásticos son la opción más popular. Aquí hay cuatro de los termoplásticos más comunes utilizados en los engranajes de impresión 3D.

1. PLA

El ácido poliláctico (PLA) es el material de referencia para los entusiastas de la impresión 3D porque es económico y duradero. Hecho de recursos naturales renovables como la caña de azúcar y el almidón de maíz, es biodegradable. El PLA como filamento para la impresión 3D también es ecológico, ya que consume menos electricidad. No necesita usar lechos calefactores durante el proceso, y la temperatura requerida de la boquilla es de solo 180 a 230 grados centígrados.

Por otro lado, los PLA tienen una baja resistencia al calor y son propensos a rezumar. Debido a esto, los engranajes impresos en 3D fabricados con dichos materiales no deben exponerse a altas temperaturas para mantener su durabilidad. Además, dado que los PLA son biodegradables, los engranajes son propensos a quebrarse y eventualmente pueden romperse.

2 ABS

El acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) es otro filamento comúnmente utilizado por las impresoras 3D porque es de bajo costo y aún tiene buenas propiedades mecánicas. También es famoso por su dureza y resistencia al impacto. Además, se mecanizan y colorean fácilmente en comparación con otros filamentos de plástico.

Sin embargo, el uso de ABS para fabricar engranajes impresos en 3D aumenta el consumo de electricidad, ya que la boquilla de la impresora y las camas de calentamiento deben configurarse entre 230 y 250 grados centígrados y hasta 100 grados centígrados, respectivamente.

El ABS también es propenso a encogerse y deformarse, lo que daría como resultado una precisión y exactitud deficientes. Esto se debe a la contracción térmica cuando el aire frío golpea repentinamente el objeto recién impreso. La deformación se puede evitar creando una cámara cerrada que pueda ayudar a mantener el calor dentro del entorno de impresión mientras se endurece.

3. PETG

El polietilen tereftalato glicol, o PETCG, se usa comúnmente porque es más resistente al calor, más flexible y menos quebradizo en comparación con el PLA. Además, tiene un acabado suave y brillante que lo hace estéticamente agradable a la vista.

Por otro lado, el PETG tiene una fuerte adherencia a las camas calefactoras. Sin embargo, esto se puede solucionar simplemente colocando una capa de filamento en la placa de construcción antes de comenzar el proceso de impresión. Además, el PETG es casi resistente a la deformación, lo que lo hace adecuado para la fabricación de engranajes gigantes. Pero, no es ideal para los más pequeños.

Los PETG también tienden a supurar y dejar hilos de plástico en la impresión. Por lo tanto, deberá prestar más atención al procesamiento posterior para eliminar las imperfecciones del proceso de impresión.

4. nailon

Los nailons son duraderos, resistentes y flexibles. Por lo tanto, este polímero sintético es el preferido por muchos impresores 3D profesionales. Además, puede mezclarlos fácilmente con otros plásticos para formar compuestos y mejorar sus parámetros de rendimiento.

En términos de estética, el nailon se ve y se siente como la seda. Por lo tanto, los productos impresos en 3D hechos de nailon son suaves y resbaladizos al tacto. También tienen un bajo coeficiente de fricción, alta adhesión entre capas y alta temperatura de fusión (de 230 a 250 grados Celsius), lo que los convierte en la mejor opción para engranajes impresos en 3D.

Por otro lado, los filamentos de nailon son higroscópicos. Tienden a absorber la humedad del aire, lo que provoca que se hinchen durante el proceso de impresión. Realice la impresión 3D en un área bien ventilada para evitar esto.

Cómo imprimir engranajes más fuertes

En términos generales, los engranajes fabricados de forma tradicional son más robustos que los impresos en 3D. Hay muchas maneras de hacer que las versiones impresas en 3D sean tan duraderas como las tradicionales. Éstos son algunos de ellos:

1. Temperatura del filamento

La mayoría de los filamentos utilizados para fabricar engranajes impresos en 3D son termoplásticos. Sin embargo, debe recordar que cada uno tiene sus propiedades únicas, incluidos los requisitos de temperatura. Al imprimir en 3D, es crucial conocer los requisitos de temperatura de los filamentos para obtener el mejor resultado.

Puede usar camas calefactoras para permitir que los plásticos impresos se enfríen más lentamente y agreguen adherencia al objeto. Si lo hace, evitará que se deforme y permitirá que las capas se peguen bien. Por este motivo, debe apagar los ventiladores de refrigeración cuando imprima en 3D con filamentos termoplásticos.

2. Superposición de relleno

A diferencia de la fabricación tradicional, AM nos da control sobre el relleno de objetos. Las impresoras 3D tienen esta característica única llamada «Superposición de relleno», en la que puede ajustar la configuración de la cantidad de relleno que desea que tenga su proyecto.

Los fabricantes a menudo pasan por alto la superposición de los rellenos a pesar de que juega un papel vital en la fuerza de los objetos fabricados. Cuando se imprimen engranajes en 3D, es necesario superponer el relleno, ya que agrega fuerza entre el relleno y el perímetro.

En términos generales, cuanto mayor sea el porcentaje de superposición de relleno, más resistente se vuelve su equipo, o cualquier otro objeto impreso en 3D. Un relleno del 100% producirá la pieza más robusta pero costaría mucho ya que requeriría más materias primas. Una superposición de relleno del 15% al ​​50% es vital para producir un objeto lo suficientemente resistente sin utilizar demasiada materia prima en el proceso.

3. Reducir el enfriamiento

Algunos fabricantes utilizan la refrigeración para mejorar la calidad de la superficie de los objetos impresos en 3D. Sin embargo, este proceso puede causar fortalezas deficientes si se realiza de manera ineficaz. Someter los objetos impresos en 3D a cambios repentinos de temperatura provocaría un aumento de las estructuras amorfas que podrían afectar la integridad de sus engranajes.

Además, el enfriamiento rápido endurecerá el objeto impreso más rápidamente. Esto puede causar que las capas de las cosas se separen fácilmente ya que los materiales tienen menos tiempo para unirse.

Cada filamento de plástico puede soportar diferentes niveles de temperatura. Hasta ahora, PLA es el único que funciona mejor con ventiladores potentes. Por lo tanto, si está utilizando otro material plástico, es posible que desee reducir la velocidad del ventilador de refrigeración para permitir que las piezas se adhieran fuertemente durante el proceso de impresión.

4. Altura de la capa

En la impresión 3D, llama a la resolución o detalle del objeto Altura de la capa. Una altura de capa más baja equivale a un objeto impreso en 3D más complejo.

También se prefiere una altura de capa más baja ya que las capas tendrán una mejor adherencia, lo que aumenta la resistencia y la durabilidad. Además, habrá menos espacios abiertos que puedan formar puntos débiles en su objeto. Una capa de 0,1 mm a 0,15 mm produce el resultado más sólido en un estudio realizado.

Lubricación de engranajes impresos en 3D

Los engranajes impresos en 3D parecen básicos y sencillos. Sin embargo, pueden ser uno de los componentes más cargados de una máquina. Aunque están específicamente diseñados para ser simples, es esencial asegurarse de que estén correctamente lubricados para reducir el desgaste y funcionar de manera eficiente.

La lubricación de los engranajes impresos en 3D debe realizarse con regularidad, ya que los materiales plásticos son más propensos al desgaste si no se les da el mantenimiento adecuado. Sin embargo, lubricar no es solo recoger la grasa más cercana disponible y untarla en sus engranajes. Diferentes plásticos tienen diferentes reacciones a otros lubricantes.

Por ejemplo, el nailon y el ABS se derivan de productos petroquímicos y funcionan bien con prácticamente cualquier lubricante a base de aceite. Por otro lado, el PLA se deriva de productos naturales y reaccionaría mejor con aceites vegetales menos viscosos.

Envolver

Se puede decir que los engranajes de impresión 3D son posibles con todos estos hechos. Aquí está para resumir las cosas discutidas en este artículo:

1. Los engranajes pueden parecer simples, pero son componentes vitales de cómo y por qué funcionan la mayoría de las cosas que nos rodean. Dado que son las partes de las máquinas con mayor carga, es crucial fabricar engranajes sólidos y duraderos. Puede producir engranajes impresos en 3D que tengan una resistencia similar a la de los fabricados tradicionalmente considerando los diversos factores que podrían afectar la resistencia y la calidad general del producto.

2. La temperatura juega un papel vital en el proceso de impresión y enfriamiento. Recuerda que conseguir la temperatura adecuada siempre es crucial, ya que puede ser la diferencia entre una impresión fallida o exitosa.

3. Elegir el material adecuado es vital ya que existen varios filamentos termoplásticos para impresión 3D. Los engranajes impresos en PLA son económicos y duraderos. Pero dado que no son resistentes al calor y propensos a quebrarse, se utilizan mejor para proyectos a corto plazo y creación de prototipos.

Los filamentos de ABS pueden tener buena resistencia al impacto y al desgaste, pero son propensos a deformarse. Dado que los engranajes deben ser precisos y precisos para funcionar correctamente, el ABS se convierte en el material menos recomendado para imprimir engranajes en 3D.

El nailon es el más recomendado para engranajes de impresión 3D debido a sus propiedades mecánicas y químicas. No solo son duraderos y flexibles, sino que también pueden soportar diferentes niveles de temperatura en comparación con otros filamentos termoplásticos.

4. La lubricación de los engranajes es esencial, especialmente para los impresos en 3D, porque reduce la fricción y minimiza el desgaste. Recuerde elegir un lubricante que sea adecuado para el material del engranaje.

5. El diseño correcto siempre es esencial ya que afecta la efectividad del equipo. El diseño y la creación de engranajes se considera un campo altamente especializado. Gracias a la tecnología moderna, puede producir engranajes utilizando software de fabricación de engranajes e impresoras 3D.

Advertencia; Las impresoras 3D nunca deben dejarse desatendidas. Pueden representar un peligro de seguridad contra incendios.