Meilleur matériau/filament d'impression 3D pour Gears !

Il existe de nombreux types de filaments d'impression 3D qui peuvent être utilisés pour fabriquer des engrenages. Chaque filament a ses propres propriétés et comportements. Il existe différents types comme le nylon, l'ABS, le PLA, le PETG et autres.

La plupart des imprimantes 3D sont fournies avec 1 type de filament, vous devrez donc investir dans d'autres si vous souhaitez expérimenter d'autres filaments à des fins différentes, comme l'impression d'engrenages.

La sélection d'un matériau approprié pour vos engrenages imprimés en 3D n'est pas aussi simple que d'examiner les propriétés mécaniques, car il y a plusieurs autres facteurs à prendre en compte, notamment la facilité d'impression, la qualité de la finition et le coût.

Dans cet article, je regarde mes matériaux préférés pour les engrenages imprimés en 3D. J'ai expérimenté différents matériaux d'impression 3D pour fabriquer différents types d'engrenages et voici ma conclusion.

Meilleur matériau/filament d'impression 3D pour les engrenages

Fondamentalement, chaque filament thermoplastique a ses avantages et ses inconvénients. Le nylon a la meilleure résistance, le PETG a la meilleure performance à basse température, l'ABS a la meilleure résistance aux chocs et le PLA se situe quelque part entre les deux. Le choix entre ces matériaux est un compromis basé sur vos besoins spécifiques.

De manière générale, le nylon durera le plus longtemps, l'ABS survivra un peu plus longtemps que le PLA, qui à son tour survivra un peu plus longtemps que le PETG.

Le nylon est le meilleur filament pour imprimer des engrenages en raison de sa solidité, de sa résistance aux températures élevées et parce qu'il ne nécessite aucune lubrification pour que les engrenages fonctionnent correctement. Le PLA est juste derrière en termes de résistance, mais il ne peut pas résister à des températures élevées et se déformera lorsqu'il atteindra 45°C-50°C. L'ABS et le PETG ne sont pas recommandés pour les engrenages.

1. Nylon

Je dirais que si vous voulez quelque chose qui n'est pas très cassant et qui est facile à imprimer, alors collez-le avec du nylon. C'est un bioplastique fabriqué à partir de sources renouvelables qui ressemble à de la soie et se sent comme de la soie lors de l'impression avec. Il est lisse au toucher, solide et flexible.

Le faible coefficient de frottement du nylon, sa température de fusion élevée et sa forte adhérence entre les couches en font le matériau idéal pour les engrenages imprimés en 3D.

Cependant, la grande affinité du nylon pour l'eau peut être problématique, car cela peut créer des résultats incohérents. Les imprimantes à extrusion appliquent le matériau de la même manière qu'un pistolet à colle chaude et le problème est que le nylon absorbe l'eau comme une éponge, ce qui la fait gonfler et créer toutes sortes de problèmes lors de l'impression.

Le filament de nylon absorbe l'humidité de l'air, ce qui fait gonfler le filament. Entre 1 % et 3 % de teneur en eau peut entraîner la défaillance du matériau lors de l'impression, et entre 5 % et 8 %, il commence à s'absorber dans sa pièce imprimée en 3D.

Cela cause des problèmes non seulement pendant le processus d'impression, mais réduit considérablement la durée de vie du produit fini et le rend impropre à une utilisation en extérieur.

Compte tenu de ces atouts et de ces défauts, le nylon reste un excellent candidat pour les engrenages d'impression 3D.

Examinons maintenant les trois matériaux les plus couramment utilisés en impression 3D ; PLA, ABS et PETG.

2. PLA

Pour l'impression 3D, on peut dire beaucoup de choses intéressantes sur le PLA. Commençons par le fait qu'il a un faible coût, à 20 $/Kg par bobine, et une fois que vous tenez compte du coût de l'électricité, puisque vous n'avez pas besoin d'une température d'impression extrêmement élevée comme vous le faites avec l'ABS, le PLA se termine être un filament fantastique dans l'ensemble.

Il a une excellente flexibilité et conserve de bonnes caractéristiques de résistance et d'usure, c'est pourquoi je considère qu'il s'agit d'un bien meilleur matériau pour les engrenages que l'ABS et le PETG, mais pas aussi bon que le nylon.

Cependant, le PLA ne peut pas supporter des températures élevées et commencera à se déformer même s'il est laissé à l'extérieur au soleil pendant l'été.

Alors, tenez-en compte lorsque vous décidez quel filament utiliser; Si les engrenages seront exposés à des températures élevées, pensez au nylon, sinon, le PLA fera des merveilles !

3. ABS

Vous avez probablement essayé de fabriquer des engrenages avec ABS, pour constater que le matériau lui-même n'est pas très bien adapté aux engrenages.

D'une part, comme il doit être imprimé à très haute température, avec un lit chauffant et dans une imprimante fermée (généralement), cela peut vous prendre quelques essais jusqu'à ce que vos engrenages impriment correctement car l'ABS est très susceptible de se déformer en raison de sa température d'impression élevée.

Non seulement cela, mais si vous comparez deux engrenages identiques en PLA et en ABS, celui en ABS ne peut pas résister aux mêmes forces que le PLA.

En fait, essayez-le vous-même :imprimez quelques engrenages avec chaque matériau et, à l'aide d'une pince, appliquez une force sur les engrenages. Vous remarquerez que celui en ABS s'écrase facilement, tandis que celui en PLA est presque indestructible.

Enfin, l'ABS produit des fumées toxiques lors de l'impression, ce qui est une autre raison de ne pas l'utiliser, du moins pas pour les engrenages.

4. PETG

Le PETG est généralement un peu moins cher que l'ABS et un peu plus cher que le PLA.

Le PLA et l'ABS sont tous deux moins chers, plus robustes et plus rigides que le PETG, qui en soi est un bon matériau pour certaines choses, mais ce n'est pas le meilleur choix pour la conception générale d'équipements.

Après avoir examiné les données sur ses propriétés matérielles, je mets le PETG au bas de ma liste. Bien qu'il s'agisse d'un matériau ductile, il est également plus doux, plus flexible et moins résistant aux rayures que l'ABS ou le PLA, ce qui en fait un choix moins bon pour les engrenages.

Le PETG est également hygroscopique, tout comme le nylon, et doit être pré-séché avant utilisation pour éviter tout problème potentiel. Une autre plainte courante concernant le PETG est qu'il est cassant. L'une des raisons en est sa température de transition vitreuse plus basse puisqu'il commence à se ramollir à 80°C, alors que l'ABS, par exemple, peut tolérer des températures allant jusqu'à ~100°C, et le nylon jusqu'à au moins 120°C

Donc, comme il n'est pas très résistant aux températures élevées, mais qu'il souffre également de quelques autres problèmes, je ne recommanderais pas le PETG pour les engrenages plutôt que le nylon ou le PLA.

Lubrification des engrenages imprimés en 3D

La lubrification réduit la friction et l'usure. Maintenant, je n'ai pas de bon moyen de mesurer les taux d'usure, donc je ne peux pas dire si la lubrification des pièces en plastique les fait durer plus longtemps ou non, mais je peux vous dire par expérience que dans certains cas, les pièces en plastique dureront plus longtemps si elles sont lubrifiés.

Si vous utilisez des engrenages en plastique à dents plutôt que des engrenages cannelés plus robustes, la lubrification peut réduire l'usure et le bruit et améliorer également l'efficacité.

Cependant, les méthodes couramment utilisées pour « enduire » une surface de graisse ou d'huile pour éviter l'usure et la friction sont loin d'être idéales pour les personnes inexpérimentées car elles utilisent souvent le mauvais type de graisse pour le PLA, l'ABS et le PETG.

La première étape dans le choix d'un lubrifiant approprié pour les engrenages consiste à déterminer avec quel type de plastique vous travaillez. Différents types de plastiques répondent à différents types de lubrifiants. En règle générale, les filaments en plastique sont souvent à base de pétrole et seront compatibles avec un lubrifiant à base de pétrole.

Le nylon et l'ABS sont des polymères dérivés de la pétrochimie, ils conviendront donc avec le bon lubrifiant à base d'huile.

Le PLA et le PET, en revanche, ont tendance à avoir une composition chimique plus végétale. En tant que tels, ceux-ci ont tendance à mieux répondre aux huiles végétales moins visqueuses. En changeant le type d'huile ou de graisse que vous utilisez, vous pouvez adapter les performances de votre imprimante à vos besoins.

Les lubrifiants à base de lithium blanc, de PTFE et de silicone sont bien adaptés à un usage général. Ce sont les meilleurs choix pour la longévité sans avoir besoin de réapplication fréquente.

Cependant, le nylon, en général, a des résultats très acceptables et vous n'avez pas besoin d'ajouter une sorte de lubrification physique aux engrenages.

J'ai fabriqué quelques engrenages qui fonctionnent depuis plus de 3 mois maintenant sans lubrification d'aucune sorte sans une seule panne d'engrenage.

Impression 3D d'engrenages plus solides

Bien que le facteur le plus important en termes de résistance soit le matériau lui-même, il existe quelques paramètres d'impression qui peuvent également vous aider à obtenir une pièce plus solide.

Assurez-vous que le filament a été suffisamment chauffé

Dans la modélisation par dépôt de fil fondu (FDM), les couches imprimées doivent se lier ensemble en une pièce solide; La première couche fusionne avec la dernière couche, et ainsi de suite, et des températures plus élevées entraînent généralement une meilleure "fusion" des couches, ce qui les rend plus solides.

Augmenter le chevauchement de remplissage

Le chevauchement de remplissage est la zone du périmètre qui chevauche une couche de remplissage. Le chevauchement est nécessaire pour obtenir une meilleure résistance entre le remplissage et le périmètre.

L'augmentation de la hauteur de votre couche facilitera généralement l'obtention d'une bonne liaison entre une couche de remplissage et le périmètre. Cependant, si vous choisissez de le faire, vous devez éviter une augmentation exponentielle de la hauteur de votre couche, car cela peut entraîner un gondolage sur des pièces plus petites.

Désactiver ou réduire le refroidissement

L'adhérence des couches est extrêmement importante et la clé pour y parvenir est de maintenir la température d'impression et la température de la couche précédente suffisamment élevées. Ceci est plus difficile à réaliser lorsque chaque couche est activement refroidie.

Le refroidissement est un sujet controversé dans l'impression 3D et les opinions à son sujet vont de "le refroidissement est essentiel pour des impressions de haute qualité" à "le refroidissement n'améliore pas du tout la qualité d'impression".

Autant que je sache, le refroidissement est un gros problème pour l'impression 3D. Il permet de fabriquer des pièces sans défauts, et de nombreuses formes difficiles ne sont possibles que grâce au refroidissement. Mais il y a un compromis associé au refroidissement, qui est la qualité de surface en échange de la résistance.

Si votre objectif est d'atteindre une résistance maximale, réduisez le refroidissement ou désactivez-le complètement.

Hauteur de couche optimale

L'une des "règles" les plus importantes des vitesses d'impression 3D est qu'avec l'augmentation de la hauteur de couche, la vitesse augmente, tandis que la résistance et la qualité des impressions 3D diminuent.

Plus la hauteur de la couche est serrée, meilleure est l'adhérence de la couche, et donc moins d'espace libre pour la formation de points faibles dans votre impression.

Quel remplissage devez-vous utiliser pour Gears ?

La première fois que j'ai pensé à imprimer des engrenages, j'étais certain qu'un remplissage à 100 % donnerait l'équipement le plus solide dans l'ensemble.

Mais ce n'était pas le cas et les engrenages que j'ai imprimés avec 50 % de remplissage étaient tout aussi solides que ceux que j'ai imprimés avec 100 %.

En bref, il n'est pas nécessaire de dépasser 50 % de remplissage, du moins pas d'après ma propre expérience.

Tableau comparatif

Filaments	Qualité de l'équipement	Température de la buse	Lit chauffant	Risque de distorsion	Facilité d'utilisation	Coût
PLA	Génial	180 °C – 230 °C	Non requis	Faible	Facile	10 $ – 25 $
ABS	Pauvre	230°C – 250°C	Env. 100 °C	Modéré	Intermédiaire	15 $ – 25 $
GPE	Pauvre	230°C – 250°C	Env. 100 °C	Bas	Facile	15 $ – 20 $
Nylon	Meilleur	230°C – 260°C	80 °C – 100 °C	Modéré	Intermédiaire	50 $ – 65 $

Conclusion

Le nylon est le choix évident pour toutes les raisons que j'ai mentionnées, mais la plupart d'entre nous n'ont pas de nylon prêt à l'emploi.

Cependant, le PLA donne des résultats fantastiques et crée des engrenages solides et fiables et, heureusement, c'est un matériau que chaque fabricant a tendance à avoir à disposition et prêt à être imprimé.

Donc, si vous avez accès au Nylon, utilisez celui-là. Sinon, PLA fera très bien l'affaire !

J'espère que ces informations vous ont été utiles !

Passez une merveilleuse journée !

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