چرخ‌دنده و قطعات جفت‌شونده؛ طراحی برای چاپ موفق
چرخ‌دنده‌ای که در CAD روان می‌چرخد، چاپ‌شده‌اش قفل می‌کند. لقی، مدول، تعداد دندانه، جهت چاپ و اتصال به محور — آنچه یک مکانیزم چاپی را از قفل شدن به چرخیدن می‌رساند.
طراحی چرخ‌دنده برای پرینت سه‌بعدی با طراحی چرخ‌دنده برای تراشکاری یک فرق اساسی دارد: فایل دقیق است، قطعه نه. دو چرخ‌دنده‌ای که در نرم‌افزار بی‌نقص درگیر می‌شوند، چاپ‌شده‌شان یا قفل می‌کنند یا با هر دور تق‌تق می‌کنند.
خبر خوب این است که دلیلش قابل پیش‌بینی است، و تقریباً همیشه با چند تصمیم ساده در طراحی حل می‌شود.
چرا قطعه‌ی جفت‌شونده‌ی چاپی سفت‌تر از فایل درمی‌آید
پلاستیک مذاب بعد از خروج از نازل کمی پهن می‌شود و هنگام سرد شدن کمی جمع. نتیجه‌ی این دو با هم همیشه یک جهت دارد: سوراخ‌ها کوچک‌تر و برجستگی‌ها بزرگ‌تر از عدد فایل درمی‌آیند. در چرخ‌دنده یعنی هر دندانه کمی چاق‌تر و هر فضای بین دندانه کمی تنگ‌تر است؛ جمع این خطاها روی دو چرخ‌دنده، همان قفل شدن است.
یک خطای دیگر هم مخصوص لایه‌ی اول است: لایه‌ی اول برای چسبیدن به صفحه کمی فشرده‌تر چاپ می‌شود و لبه‌اش بیرون می‌زند — همان چیزی که «پای فیل» می‌گویند. لبه‌ی پایین چرخ‌دنده، اگر پخ نداشته باشد، به چرخ‌دنده‌ی کناری گیر می‌کند.
لقی؛ مهم‌ترین عدد در طراحی
برای قطعه‌هایی که باید در هم بلغزند یا بچرخند، حدود ۰.۳ تا ۰.۴ میلی‌متر فاصله در نظر بگیرید. برای اتصال محکم و فشاری کمتر، برای اتصال آزاد بیشتر:
- جازدنی و محکم (بلبرینگ در محفظه): ۰.۱ تا ۰.۲ میلی‌متر، و حتماً با یک نمونه‌ی آزمایشی
- لغزنده (محور در سوراخ، کشو): ۰.۳ تا ۰.۴ میلی‌متر
- آزاد (لولای چاپ‌درجا، قطعه‌ای که باید شل بچرخد): ۰.۴ تا ۰.۵ میلی‌متر
در چرخ‌دنده این لقی به شکل فاصله‌ی محور تا محور درمی‌آید: فاصله‌ی دو محور را ۰.۱ تا ۰.۲ میلی‌متر بیشتر از عدد نظری بگیرید، یا ضخامت دندانه را کمی کم کنید. دو چرخ‌دنده‌ای که با لقی صفر طراحی شده‌اند، تقریباً هیچ‌وقت روان نمی‌چرخند.
این عددها همان‌هایی‌اند که در اشتباهات طراحی برای پرینت سه‌بعدی هم آمده‌اند؛ اینجا فقط برای قطعه‌ی متحرک دقیق‌ترشان کرده‌ایم.
مدول و تعداد دندانه
نازل ما ۰.۴ میلی‌متر است، پس دندانه‌ای که از چند دهم میلی‌متر ساخته شده، پروفیلش را از دست می‌دهد. دو قاعده‌ی عملی:
- مدول ۱ یا بزرگ‌تر. زیر آن، نوک دندانه گرد و مبهم چاپ می‌شود و درگیری دقیق نیست. اگر چرخ‌دنده کوچک است و جا ندارید، تعداد دندانه را کم کنید، نه مدول را.
- دست‌کم ۱۷ دندانه با زاویه‌ی فشار ۲۰ درجه. کمتر از آن، ریشه‌ی دندانه در پروفیل استاندارد بریده می‌شود و دندانه ضعیف می‌شود. اگر چرخ‌دنده‌ی کوچک‌تر لازم دارید، نرم‌افزار طراحی معمولاً گزینه‌ی جابه‌جایی پروفیل دارد.
پهنای چرخ‌دنده را هم دست‌ودل‌باز بگیرید. چرخ‌دنده‌ی پهن‌تر نیرو را روی سطح بیشتری پخش می‌کند و همین، کم‌بودن استحکام پلاستیک نسبت به فلز را تا حدی جبران می‌کند.
جهت چاپ؛ چرخ‌دنده باید خوابیده چاپ شود
چرخ‌دنده‌ی ساده (ساده‌دندانه) را طوری چاپ کنید که محورش عمود بر صفحه باشد. آن‌وقت پروفیل هر دندانه در یک لایه شکل می‌گیرد و هر دندانه از چند لایه‌ی روی هم ساخته می‌شود که همه در برابر نیروی دندانه‌ی مقابل یکسان مقاوم‌اند. اگر چرخ‌دنده ایستاده چاپ شود، دندانه‌ها از محل اتصال لایه‌ها می‌شکنند.
لبه‌ی پایین را هم ۰.۳ تا ۰.۵ میلی‌متر پخ بزنید تا پای فیل لایه‌ی اول به چرخ‌دنده‌ی کناری گیر نکند.
اتصال چرخ‌دنده به محور
چرخ‌دنده‌ای که روی محور هرز بچرخد، بی‌فایده است. سوراخ گرد ساده فقط برای چرخ‌دنده‌ی هرزگرد مناسب است. برای انتقال نیرو:
- سوراخ D شکل برای محور موتورهایی که یک طرفشان تخت است
- سوراخ شش‌گوش که مهره یا محور شش‌گوش در آن بنشیند
- پیچ تنظیم با مهره‌ی جاسازی‌شده — جای مهره را در مدل بگذارید، رزوه‌ی ریز را چاپ نکنید
- مهره‌ی برنجی حرارتی برای اتصالی که باید چند بار باز و بسته شود
سوراخ محور را هم همیشه با یک نمونه‌ی کوچک امتحان کنید. اگر کمی تنگ درآمد، با سوهان یا مته اصلاحش راحت‌تر از چاپ دوباره است.
متریال و روان‌کاری
- PLA سفت و دقیق است و برای مکانیزم سبک و کم‌دور کافی است. ولی اصطکاک گرما می‌سازد و PLA از حدود ۶۰ درجه نرم می‌شود؛ چرخ‌دنده‌ی PLA که مدام با دور بالا کار کند، می‌ساید.
- ABS چقرمه‌تر است: ضربه و تکان را بهتر تحمل می‌کند و دیرتر از گرما اثر می‌گیرد. برای گیره و قفل فنری هم بهتر است، چون PLA به‌جای خم شدن می‌شکند.
- TPU برای چرخ‌دنده نه؛ ولی برای لاستیک چرخ، ضربه‌گیر و تسمه انتخاب درستی است.
کمی گریس سیلیکونی یا روان‌کار خشک، سایش و صدا را محسوس کم می‌کند. پیش از استفاده، روی یک تکه‌ی اضافه امتحانش کنید.
اول یک نمونه‌ی کوچک، بعد قطعه‌ی کامل
قبل از چاپ مکانیزم کامل، فقط بخش بحرانی را چاپ کنید: یک برش نازک از دو چرخ‌دنده با محورهایشان، یا فقط سوراخ و محور. چند دقیقه چاپ، جای چند ساعت چاپِ قطعه‌ای را می‌گیرد که آخرش قفل می‌کند.
قدم بعدی
اگر مدل آماده است، آن را آپلود کنید و پیش از سفارش کامل، قیمت یک نمونه‌ی آزمایشی را هم بگیرید. اگر مکانیزم را از صفر لازم دارید یا نمی‌دانید لقی و مدول را چطور انتخاب کنید، طراحی مکانیزم همین کار را با آزمون روی نمونه‌ی چاپ‌شده انجام می‌دهد. انتخاب بین PLA و ABS را هم در مقایسه‌ی PLA، PETG و ABS مفصل‌تر نوشته‌ایم.