Gears の最高の 3D プリント材料/フィラメント!
歯車を作る目的で使用できる 3D プリント フィラメントには多くの種類があります。各フィラメントには、独自のプロパティと動作があります。ナイロン、ABS、PLA、PETGなどのさまざまなタイプがあります。
ほとんどの 3D プリンターには 1 種類のフィラメントが付属しているため、ギアの印刷など、さまざまな目的で他のフィラメントを試してみたい場合は、他のフィラメントに投資する必要があります。
3D プリントされたギアに適切な材料を選択することは、機械的特性を見るだけでは簡単ではありません。プリントの容易さ、仕上げの品質、コストなど、考慮すべき要素が他にもいくつかあるからです。
この記事では、私のお気に入りの 3D プリント ギアの素材を見ていきます。さまざまな種類の歯車を作るために、さまざまな 3D プリント材料を試してきましたが、これが私の結論です。
歯車に最適な 3D プリント材料/フィラメント
基本的に、どの熱可塑性フィラメントにも長所と短所があります。ナイロンは最高の強度を持ち、PETG は最高の低温性能を持ち、ABS は最高の衝撃強度を持ち、PLA はその中間です。これらの材料の選択は、特定のニーズに基づくトレードオフです。
一般的に言えば、ナイロンが最も長持ちし、ABS は PLA よりもわずかに長く存続し、PLA は PETG よりもわずかに長く存続します。
ナイロンは、その強度、高温への耐性、およびギアが適切に機能するために潤滑剤を必要としないため、ギアをプリントするのに最適なフィラメントです。 PLA は強度の点で 2 番目に近いですが、高温に耐えることができず、45°C ～ 50°C に達すると変形します。 ABS と PETG はギアには推奨されません。
1.ナイロン
あまり脆くなく、印刷しやすいものが必要な場合は、ナイロンを使用してください.シルクのように見え、印刷するとシルクのように感じる、再生可能な資源から作られたバイオプラスチックです。滑らかな手触りで、強く、柔軟です。
ナイロンは摩擦係数が低く、融解温度が高く、層間接着力が高いため、3D プリントされたギアに理想的な素材です。
ただし、ナイロンの水への親和性が高いため、一貫性のない結果が生じる可能性があるため、問題が生じる可能性があります。押し出しプリンターは、ホット グルー ガンと同様の方法で材料を適用します。問題は、ナイロンがスポンジのように水を吸収することです。印刷中のあらゆる種類の問題。
ナイロンフィラメントは空気中の水分を吸収し、フィラメントが膨らみます。含水率が 1% から 3% の場合、材料が印刷時に失敗する可能性があり、5% から 8% の場合、3D 印刷された部品に吸収され始めます。
これは、印刷プロセス中だけでなく、最終製品の寿命を大幅に短縮し、屋外での使用に適さない問題を引き起こします.
これらの長所と短所を考慮すると、ナイロンは依然として 3D プリント ギアの優れた候補です。
では、3D プリントで最も一般的に使用される 3 つの材料を見てみましょう。 PLA、ABS、PETG。
2. PLA
3D プリントに関しては、PLA について言える素晴らしいことがたくさんあります。スプールあたり 20 ドル/Kg という低コストであるという事実から始めましょう。ABS のように非常に高い印刷温度を必要としないため、電気代を考慮に入れると、PLA は終了します。全体的に素晴らしいフィラメントです。
優れた柔軟性を持ち、優れた強度と耐摩耗性を維持しているため、ABS や PETG よりもはるかに優れたギア素材であると考えていますが、ナイロンほどではありません.
ただし、PLA は高温に耐えられず、夏の屋外で太陽の下に置いても変形し始めます。
したがって、どのフィラメントを使用するかを決定する際には、それを考慮してください。ギアが高温にさらされる場合はナイロンを検討し、そうでない場合は PLA を検討してください!
3. ABS
おそらく、ABS で歯車を作ろうとしたことがあるでしょうが、材料自体が歯車にあまり適していないことがわかりました.
一方では、非常に高い温度で、加熱されたベッドを使用して密閉型プリンターで (一般的に) 印刷する必要があるため、ギアが正しく印刷されるまでに数回の試行が必要になる場合があります。印刷温度が高いため、反りやすい。
それだけでなく、PLA と ABS で作られた 2 つの同一のギアを比較すると、ABS で作られたギアは PLA と同じ力に耐えることができません。
実際に、自分で試してみてください。それぞれの材料でいくつかの歯車を印刷し、ペンチを使用して歯車に力を加えます。 ABS 製のものは簡単につぶれますが、PLA 製のものはほとんど壊れないことに気付くでしょう。
最後に、ABS は印刷中に有毒ガスを発生します。これは、少なくともギアには使用しないもう 1 つの理由です。
4. PETG
PETG は一般的に ABS よりも少し安く、PLA よりも少し高価です。
PLA と ABS はどちらも、PETG よりも安価で、頑丈で、剛性が高く、それ自体が一部の素材には適していますが、一般的なギア設計には最適な選択ではありません.
その材料特性に関するデータを確認した後、PETG をリストの一番下に置きます。延性のある素材ですが、ABS や PLA よりも柔らかく、柔軟性があり、傷がつきにくいため、歯車には適していません。
PETG もナイロンと同様に吸湿性があり、潜在的な問題を回避するために使用前に事前に乾燥させる必要があります。 PETG に関するもう 1 つの一般的な不満は、もろいことです。この理由の 1 つは、80°C で軟化し始めるため、ガラス転移温度が低いことです。一方、ABS は最大 100°C まで、ナイロンは少なくとも 120°C まで耐えられます
そのため、高温への耐性はそれほど優れていませんが、他にもいくつかの問題があるため、ナイロンや PLA よりもギアに PETG をお勧めしません.
3D プリントされた歯車の潤滑
潤滑は摩擦と摩耗を減らします。摩耗率を測定する良い方法がないので、潤滑プラスチック部品が長持ちするかどうかはわかりませんが、経験から、場合によってはプラスチック部品が長持ちすることはわかります。潤滑されています。
より堅牢なスプライン タイプではなく、歯付きのプラスチック ギアを使用している場合、潤滑により摩耗と騒音を低減し、効率も向上させることができます。
しかし、磨耗や摩擦を防ぐためにグリースやオイルで表面を「塗る」一般的に使用される方法は、PLA、ABS、および PETG に間違った種類のグリースを使用することが多いため、経験の浅い人にとっては理想的とは言えません。
ギアに適切な潤滑剤を選択するための最初のステップは、使用しているプラスチックの種類を把握することです。異なるタイプのプラスチックは、異なるタイプの潤滑剤に反応します。経験則では、プラスチック フィラメントは石油ベースであることが多く、石油ベースの潤滑剤と互換性があります。
ナイロンとABSは石油化学由来のポリマーなので、適切な油性潤滑剤で問題ありません.
一方、PLA と PET は、より植物ベースの化学構造を持つ傾向があります。そのため、これらは粘性の低い植物油によく反応する傾向があります.使用するオイルまたはグリースの種類を変更することで、ニーズに合わせてプリンターのパフォーマンスを調整できます。
白色リチウム、PTFE、およびシリコンベースの潤滑剤は、一般的な使用に適しています。頻繁な再適用を必要とせずに長持ちするための最良の選択です.
ただし、一般に、ナイロンは非常に許容できる結果が得られ、ギアに物理的な潤滑剤を追加する必要はありません。
私は、ギアが一度も故障することなく、いかなる種類の潤滑剤も使用せずに、3か月以上動作しているギアをいくつか作成しました.
より強力なギアを 3D プリント
強度に関して最も重要な要素は素材自体ですが、より強力なパーツを実現するのに役立つ印刷設定がいくつかあります。
フィラメントが十分に加熱されていることを確認してください
溶融堆積モデリング (FDM) では、印刷された層を結合して固体部品にする必要があります。最初の層は最後の層と融合し、以下同様に、通常、温度が高いほど、層の「融合」が改善され、層がより強くなります。
インフィル オーバーラップを増やす
インフィル オーバーラップは、インフィル層とオーバーラップする周囲の領域です。オーバーラップは、インフィルと周囲の間の強度を高めるために必要です。
層の高さを高くすると、通常、インフィル層と周囲の間の良好な接着を実現しやすくなります。ただし、そうすることを選択した場合は、レイヤーの高さが指数関数的に増加するのを避ける必要があります。これは、小さなパーツでカールが発生する可能性があるためです。
冷却を無効にするか減らす
レイヤーの接着は非常に重要であり、それを達成するための鍵は、印刷温度と前のレイヤーの温度を十分に高く保つことです。すべての層が積極的に冷却されている場合、これを達成するのは困難です。
冷却は 3D 印刷で物議を醸すトピックであり、「高品質の印刷には冷却が不可欠」から「冷却によって印刷品質がまったく向上しない」まで、さまざまな意見があります。
私の知る限り、冷却は 3D プリントにとって大きな問題です。欠陥のない部品を作ることができ、多くの難しい形状は冷却によってのみ可能になります。しかし、強度と引き換えに表面の品質という冷却に関連するトレードオフがあります。
目標が最大の強度を達成することである場合は、冷却を減らすか、完全に無効にします。
最適なレイヤーの高さ
3D プリント速度の最も重要な「ルール」の 1 つは、層の高さが高くなると速度が上がり、3D プリントの強度と品質が低下するということです。
レイヤーの高さがきついほど、レイヤーの接着性が向上するため、印刷物に弱いスポットが形成されるスペースが少なくなります。
Gears にはどのインフィルを使用する必要がありますか?
初めて歯車を印刷することを考えたとき、100% のインフィルが全体的に最強の歯車になると確信していました.
しかし、そうではなく、50% のインフィルで印刷したギアは、100% で印刷したものと同じくらい強力でした.
つまり、少なくとも私自身の経験では、50% を超える充填率にする必要はありません。
比較表
| フィラメント | ギアの品質 | ノズル温度 | ヒーテッド ベッド | ゆがみのリスク | 使いやすさ | 費用 |
| PLA | すばらしい | 180°C – 230°C | 不要 | 低い | 簡単 | $10 – $25 |
| ABS | 悪い | 230°C – 250°C | 約100℃ | 中程度 | 中級 | $15 – $25 |
| PETG | 悪い | 230°C – 250°C | 約100℃ | 低い | 簡単 | $15 – $20 |
| ナイロン | ベスト | 230°C – 260°C | 80°C – 100°C | 中程度 | 中級 | $50 – $65 |
