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Verschleißfeste 3D-Druck-Zahnräder

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Zahnrad Lebensdauerrechner

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Wie lange hält ein 3D-Druck-Zahnrad? Einfach die Anwendungs-Parameter eingeben und mit wenigen Klicks die voraussichtliche Lebensdauer kalkulieren.

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Kunststoff-Zahnräder auf dem Prüfstand

Getestet und bewiesen: Zahnräder aus iglidur haben eine fünf Mal höhere Lebensdauer als gefräste Zahnräder aus regulären Kunststoffen.

Alle Zahlen zur Performance der Kunststoff-Zahnräder kommen von den Prüfständen in unserem Testlabor. Hier finden Sie die Testergebnisse von iglidur 3D-Druck-Materialien anhand von unterschiedlichen Bauteilen.

Welcher Werkstoff ist besser für welche Art von Zahnrädern? 

  • iglidur I3 zeichnet sich durch höhere Festigkeit aus und ist speziell für Stirnräder und Kegelräder geeignet, sowie für alle weiteren Arten von Zahnradformen.
  • iglidur I6 eignet sich aufgrund von seiner optimierten Gleitfähigkeit hervorragend für Schneckengetriebe, oder auch für andere Zahnräder, bei denen eine Lebensmittelkonformität gefordert ist
  • iglidur I8-ESD eignet sich für Zahnräder, wo ESD Eigenschaften notwendig sind, z.B. für ATEX Maschinen


Zahnradversuch: Zyklen bis Zahnbruch
iglidur I3 (Lasersinter) vs. POM (gefräst)

In diesem Versuch wird mit einem Zahnrad eine Zahnstange angetrieben und gemessen nach wie viel Zyklen das Zahnrad bricht. Es ist zu sehen, dass die im 3D-Druck bzw. Lasersintern hergestellten iglidur Zahnräder in dem Test fünf mal so lange halten wie gefräste Zahnräder aus POM.

Schwenkend 1440 °: n = 64 U/min, M = 2,25 Nm, z= 30, m= 1, b = 6,5 mm
 
  • POM (gefräst)
  • iglidur I3 (Lasersinter) 

Kunststoff Zahnräder Vergleich Test Y-Achse: Zyklen bis Bruch

Sehr hoher Wirkungsgrad von 3D-Druck-Zahnrädern aus Hochleistungskunststoff

In dem Test zum Wirkungsgrad von Planetengetrieben konnte festgestellt werden, dass die im Lasersintern hergestellten Zahnräder aus iglidur I3 im Trockenlauf einen vergleichbar hohen Wirkungsgrad haben wie metallische Planetengetriebe mit einer Ölschmierung. Wie kann das sein? Die in den iglidur Kunststoffen beinhalteten Festschmierstoffe reduzieren den Reibwert enorm, sodass die im Trockenlauf arbeitenden 3D-Druck-Zahnräder aus iglidur einen nur geringfüig kleineren Wirkungsgrad erreichen als geschmierte Zahnräder aus Metall. Durch die integrierte Schmierung reduziert sich der Wartungsaufwand enorm.

Testablauf: Die Getriebe werden auf einem Leistungsprüfstand getestet. Dazu wird das Getriebe an einem Schrittmotor und einer elektromagnetischen Bremse betrieben. Im Antriebsstrang befinden sich Messsysteme, die kontinuierlich das Drehmoment und die Winkelposition am Getriebeeingang und -ausgang messen. Damit können wir in praxisnahen Drehmoment- und Drehzahlbereichen Leistungsdaten zu Wirkungsgrad, Drehmomentschwankungen und Umkehrspiel ermitteln.

Planetengetriebe Wirkungsgrad 3D-Druck-Zahnrad aus dem Lasersinter-Kunststoff iglidur I3 X-Achse: Drehmoment in Nm, Y-Achse: Wirkungsgrad in %. Baugröße 17, passend zu Nema17-Schrittmotoren

Planetengetriebe Übersetzung 4:1 mit Zahnrädern aus iglidur I3 im Trockenlauf

Extrem hohe Lebensdauer von gleitoptimierten Schneckenrädern

Testparameter:

  • Drehmoment: 4,9 Nm
  • Geschwindigkeit: 12 U/min
  • Gegenlaufpartner: Aluminium Eloxiert
  • Laufzeit: 2 Monate
Auswertung
► POM (gefräst): Totalausfall nach 621.000 Zyklen
► iglidur I6 (gesintert): Geringer Verschleiß nach 1 Million Zyklen

Anwendungsbeispiele unserer Kunden

3D gedruckte Kunststoffzahnräder im Einsatz

Konstruktionsguide für den 3D-Druck-Service

Konstruktionshinweise für 3D-Druck Gewinde

Der Leitfaden für 3D-Druck Zahnräder

Zahnrad Broschüre Download

Neu: iglidur Spritzguss-Zahnräder

Kostengünstig gespritzt, machen Zahnräder aus xirodur B180 den Einsatz zusätzlicher Schmiermittel überflüssig. 

Vorteile auf einen Blick: 

  • Günstig durch Spritzgussfertigung
  • Wartungsfrei durch die Verwendung von iglidur® Werkstoffen
  • Hohe Lebensdauer
  • Sehr geringe Reibwerte

iglidur B180 Zahnrad

Arten von Zahnrädern

Mit dem igus 3D-Druck Service kann jede Art von verschleißfestem und selbstschmierendem Zahnradgetriebe schnell und unabhängig von mechanischem Werkzeug gefertigt werden. Neben gängigen Modellen wie Stirnrad, Schneckenrad oder Kegelrad, eignet sich das SLS Verfahren im Zusammenspiel mit den iglidur Werkstoffen hervorragend auch für Ellipsenräder, Kronenräder, Zahnstangen, Schnecken uvm. 

Stirnrad

3D gedrucktes Stirnrad

Empfohlener Werkstoff: iglidur I3

Schneckenrad

3D gedrucktes Schneckenrad

Empfohlener Werkstoff: iglidur I6

Kegelrad

3D gedrucktes Kegelrad

Empfohlener Werkstoff: iglidur I3


Informationen zu 3D-Druck bei igus

Informationen über 3D-Druck bei igus

  • Werkstoffe
  • Additive Verfahren
  • Services und Dienstleistungen

3D-Druck-Kunststoffe im Test

Weitere Verschleißtests

3D-Druck mit iglidur im Vergleich zu PLA, ABS und anderen Werkstoffen und Fertigungsverfahren
 

FAQ: 3D-Druck Zahnräder aus iglidur Kunststoffen

Welche Art von Schmiermittel ist für 3D-Druck-Zahnräder zu verwenden?
► Sie benötigen kein Schmiermittel für 3D-gedruckte Zahnräder aus iglidur Kunststoffen. Der Schmierstoff ist bereits im Zahnrad enthalten.

Hat der Verschleiß einen Einfluss auf die geschätzte Lebensdauer, die im Online-Lebensdauerrechner angezeigt wird?
► Im Vergleich zu einem Lager ist der Verschleiß bei einem Zahnrad nicht das große Problem. Bei Zahnrädern kommt es darauf an, wann die Zähne des Zahnrades abbrechen. Dies ist eher ausschlaggebend für die Lebensdauer des Zahnrads.

Welche Toleranz wird mit dem SLS-Verfahren erreicht? Wie hoch ist die Präzision dieser 3D-gedruckten Teile?
► Für die Toleranz müssen Sie die Abmessung Ihres Bauteils berücksichtigen. Teile, die bis zu 50 mm groß sind, haben eine Toleranz von ± 0,1% mm. Bei Teilen, die größer als 50 mm sind, rechnen Sie mit einer Toleranz von ± 0,2% mm des Maßes. Die Angaben beziehen sich auf Teile, die nicht nachgearbeitet werden.

Wenn man eine gute Passung auf der Welle erreichen will, sollte man das Loch kleiner machen und das Zahnrad aufpressen?
► Für die Dimensionierung der Passung auf Ihrer Welle ist es notwendig zu wissen, wie Sie das Drehmoment übertragen und welchen Mechanismus Sie haben. Wenn Ihre Welle zum Beispiel 10x10 mm ist, können Sie Ihr Zahnrad mit 10,1 mm tolerieren.

Funktioniert der Zahnrad-Lebensdauerrechner auch bei kleineren Zahnrädern z.B. mit 12 Zähnen?
► Unser Berechnungstool funktioniert erst ab 17 Zähnen. Unter dieser Zahl benötigen Sie einen Unterschnitt, der in unserem Rechner nicht implementiert ist. Wenn Sie ein Zahnrad mit weniger als 17 Zähnen benötigen, können Sie sich an Ihren igus-Ansprechpartner wenden.

Kann man in ein mit iglidur gedrucktes Teil ein Gewinde schneiden?
► Ja, Sie können die Teile bei Bedarf bearbeiten.

Wie sieht es mit Abrieb aus? Berücksichtigen Sie die Auswirkungen jeglicher Art von Schmierung in der Lebensdauerberechnung?
► Bei unserer Berechnung der Zahnrad-Lebensdauer wird davon ausgegangen, dass keine zusätzliche Schmierung erforderlich ist.

Können Sie kleine Schnecken und Schneckenräder im 3D-Druck-Verfahren herstellen?
► Unsere minimale Wandstärke beträgt etwa 0,7 mm. Wenn es notwendig ist, können wir bis zu 0,5 mm runtergehen. Wir können kleine Schnecken und Schneckengetriebe herstellen. Wenn Sie eine höhere Belastung haben, dann ist es notwendig, dass die Schneckenwelle metallisch ist.

Ist eine Zahnkorrektur (Profilanpassung) möglich?
► Wir können Teile drucken, bei denen eine Zahnkorrektur vorgenommen wurde. Im Moment wird dies in unserem Konfigurator nicht angezeigt. Wenn Sie solche Zahnräder benötigen und nicht die Möglichkeit haben, diese zu konstruieren, zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren.

Wirken die 5 Nm tangential auf den Zahn?
► Die 5 Nm wirken auf das ganze Zahnrad und nicht auf die Zähne.

Gibt es ein Tool, um die Zahnrad-/Zahngeometrie (Eingangsmodul, Zahnanzahl) zu erzeugen?
► Sie können Ihr Zahnrad mit Hilfe unseres Zahnrad-Konfigurators erstellen

Gibt es einen Preisvorteil bei reduziertem 3D-Druck-Volumen?
► Es gibt einen kleinen Preisvorteil, wenn Sie das Druckvolumen nicht berücksichtigen.

Eignen sich die iglidur 3D-Druck-Materialien für FDM nur für Prototypen oder haben sie genug Leistung für Funktionsteile?
► iglidur FDM-Werkstoffe sind gut für Lager und andere Verschleißteile. Zahnräder aus unseren SLS -Materialien haben eine deutlich höhere Lebensdauer.

Sind Morsekegel eine Option, oder sind die Festschmierstoffe ein Problem?
► Das fertige Produkt kann wie herkömmlicher Kunststoff verarbeitet werden.

Können iglidur Filamente zur Verarbeitung im eigenen Drucker erworben werden?
► Ja, Sie können das Filament online kaufen. Achten Sie auf die Verarbeitungshinweise, da viele unserer Filamente einen geschlossenen Drucker und / oder Hochtemperaturdrucker erfordern

Gibt es eine Mindestgrößenbeschränkung?
► Unsere Mindestwandstärke beträgt ca. 0,7 mm. Wenn es notwendig ist, können wir bis zu 0,5 mm heruntergehen, aber wir empfehlen normalerweise ein Minimum von 0,7 mm.

Gibt es Testdaten über den Verschleiß im Vergleich zwischen igus 3D-gedruckten Zahnrädern und anderen maschinell bearbeiteten Kunststoffzahnrädern?
► Wir haben viele Zahnräder aus verschiedenen POMs getestet und wir haben auch andere bearbeitete Zahnräder wie PPT getestet, aber es war in keiner Weise besser als POM.

Gibt es eine optimale Welle-Nabe-Verbindung für 3D-gedruckte Teile? Ich kann mir vorstellen, dass eine Passfeder wegen der Spannungskonzentration nicht optimal wäre.
► Generell gilt für 3D-gedruckte oder Kunststofflager: Wenn die Anwendung und die Belastung nicht so hoch sind, können beide Teile aus Kunststoff sein, es funktioniert auch sehr gut mit 3D-gedruckten Teilen. Aber wenn die Belastung oder die Geschwindigkeit sehr hoch ist, funktioniert es ab einem gewissen Punkt nur mit einem Metallteil, das gegen ein Kunststoffteil läuft. Ab einem bestimmten Punkt ist es besser, eine metallische Welle zu haben, weil sie die Wärme aus dem tribologischen System besser überträgt. Dann macht man das kleinere Zahnrad aus Metall, weil es immer dasjenige mit der höheren Belastung ist, und man kann das größere aus Kunststoff machen, dann hat man immer noch ein System ohne Schmierung.

Wie können Zahnrad-Materialien am besten kombiniert werden?
► Man kann beide Zahnräder aus Kunststoff machen und man kann mit unserem Lebensdauerrechner berechnen, bis zu welchem Punkt es mit Kunststoff sehr gut funktioniert. Aber es wird einen bestimmten Punkt geben, an dem es mit Kunststoffzahnrädern nicht mehr funktioniert, weil die Belastung zu hoch ist.

Wirkt sich die Hitze von SLS/FDM nicht auf die Selbstschmierung aus?
► Nein, das tut sie nicht. Die Festschmierstoffe werden durch die Hitze nicht beeinflusst. Das Gleiche gilt für die Spritzguss- und Halbzeug-Materialien, die während der Herstellung ebenfalls eine kurze, aber intensive Hitze erfahren, ohne die selbstschmierenden Eigenschaften zu verlieren.

Können Metallzahnräder durch 3D-gedruckte Zahnräder aus iglidur ersetzt werden?
► Metallische Zahnräder können höheren Belastungen standhalten als Kunststoffzahnräder. Wenn Sie ein Metallzahnrad haben, das an der Grenze dessen ist, was ein Metallzahnrad leisten kann, dann können Sie es nicht durch ein Kunststoffzahnrad ersetzen. Sie müssten es 3 oder 4 Mal größer machen. Aber wenn das metallische Zahnrad nicht an der Grenze des metallischen Materials ist, dann können Sie es natürlich gegen ein Kunststoffzahnrad austauschen und haben ein System ohne externe Schmierung, bei dem Sie jede Art von Zahnrad sehr schnell bekommen können. Mit unserem Lebensdauer-Rechner können Sie direkt prüfen, ob dies für Ihre Anwendung der Fall ist.

Sind die gedruckten Zahnräder massiv gebaut?
► Bei igus drucken wir alle Teile immer massiv, es ist also 100% Kunststoff und man kann alles nachbearbeiten. Wir produzieren die Bauteile massiv, weil sie als Zahnräder, als Lager und als was auch immer in Maschinen verwendet werden und deshalb die höchste Festigkeit haben sollen. Selbstverständlich können Sie Leichtbauteile konstruieren, um Gewicht zu reduzieren. Wenn Sie wollen, können Sie uns immer Bescheid sagen, dann drucken wir die Zahnräder nicht massiv.

Welche Rauhigkeit wird beim 3D-Druck erreicht?
► Die Rauheit der gesinterten Materialien ist ziemlich hoch, aber sie glättet sich schnell mit dem Gebrauch und beeinträchtigt die Leistung des gedruckten Teils nicht.


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