A complete low-cost manufacturing framework using free AI-powered CAD/CAM software, 3D-printed patterns, lost-PLA investment casting, and refractory oven heat treatment to produce hardened metal gears for micro-hydro and wind turbine gearboxes in Pakistan.
مفت AI سے چلنے والے CAD/CAM سافٹ ویئر، 3D پرنٹڈ پیٹرنز، Lost-PLA انویسٹمنٹ کاسٹنگ، اور ریفریکٹری اون ہیٹ ٹریٹمنٹ استعمال کرتے ہوئے پاکستان میں مائیکرو ہائیڈرو اور ونڈ ٹربائن گیئر باکسز کے لیے سخت دھاتی گیئرز تیار کرنے کا مکمل کم لاگت مینوفیکچرنگ فریم ورک۔
This pipeline takes a gear design from digital concept to hardened metal part using Pakistan's existing manufacturing ecosystem, keeping total tooling investment under PKR 500,000 (~$1,750 USD).
یہ پائپ لائن گیئر ڈیزائن کو ڈیجیٹل تصور سے سخت دھاتی پارٹ تک لے جاتی ہے، پاکستان کے موجودہ مینوفیکچرنگ ایکو سسٹم کا استعمال کرتے ہوئے، کل ٹولنگ سرمایہ کاری 5 لاکھ روپے (~$1,750 USD) سے کم رکھتے ہوئے۔
The entire digital design pipeline uses zero-cost software. Claude AI generates the parametric code, which feeds into open-source CAD tools to produce manufacturing-ready 3D models and STL files for printing.
پوری ڈیجیٹل ڈیزائن پائپ لائن صفر لاگت سافٹ ویئر استعمال کرتی ہے۔ Claude AI پیرامیٹرک کوڈ بناتا ہے، جو اوپن سورس CAD ٹولز میں فیڈ ہوتا ہے تاکہ مینوفیکچرنگ کے لیے تیار 3D ماڈلز اور پرنٹنگ کے لیے STL فائلز تیار کی جا سکیں۔
| Tool / API | Function | API Type | Cost | Integration Method |
|---|---|---|---|---|
| Zoo.dev Text-to-CAD | Text → 3D STEP/STL models | REST API | Free tier (25/day) | HTTP POST with gear description |
| OpenSCAD CLI | Parametric → STL rendering | CLI + script | 100% Free/OSS | Claude generates .scad files, CLI renders |
| FreeCAD Python API | FCGear → involute profiles | Python API | 100% Free/OSS | Python macros via FreeCAD headless |
| JSCAD (OpenJSCAD) | Browser-based parametric CAD | JavaScript | 100% Free/OSS | Runs entirely in browser, no install |
| Slicer APIs (PrusaSlicer/Cura) | STL → G-code for 3D printing | CLI | 100% Free/OSS | CLI batch slicing with print profiles |
| Three.js | 3D web visualization | JavaScript | 100% Free/OSS | Real-time gear preview in browser |
| Anthropic Claude API | AI generates CAD code | REST API | Pay per token | Generates OpenSCAD/FreeCAD code on demand |
The JUGAAR CAD/CAM app (built with Claude Code) orchestrates the entire design pipeline through a single web interface. The user inputs gear parameters; Claude generates the parametric code; the code is sent to OpenSCAD/FreeCAD for 3D rendering; the STL is previewed via Three.js; and the final model is sent to a slicer for 3D print preparation.
جگاڑ CAD/CAM ایپ (Claude Code سے بنی) پوری ڈیزائن پائپ لائن کو ایک ویب انٹرفیس کے ذریعے آرکیسٹریٹ کرتی ہے۔ صارف گیئر پیرامیٹرز داخل کرتا ہے؛ Claude پیرامیٹرک کوڈ بناتا ہے؛ کوڈ 3D رینڈرنگ کے لیے OpenSCAD/FreeCAD کو بھیجا جاتا ہے۔
The 3D-printed gear is NOT the final product — it serves as a sacrificial pattern for investment casting. This is the key "Jugaar" insight: use cheap PLA plastic to create the exact shape, then replace it with molten steel.
3D پرنٹڈ گیئر حتمی پروڈکٹ نہیں ہے — یہ انویسٹمنٹ کاسٹنگ کے لیے قربانی پیٹرن کے طور پر کام کرتا ہے۔ یہ کلیدی "جگاڑ" بصیرت ہے: صحیح شکل بنانے کے لیے سستے PLA پلاسٹک کا استعمال کریں، پھر اسے پگھلے ہوئے اسٹیل سے بدل دیں۔
| Parameter | FDM (PLA) | SLA (Resin) | Recommendation |
|---|---|---|---|
| Resolution | 0.1–0.2mm layer | 0.025–0.05mm layer | SLA for final stage gears (Module <3) |
| Tooth Accuracy | ±0.2mm | ±0.05mm | SLA for high-speed gears, FDM for Stage 1 |
| Burnout Quality | Good (PLA burns clean at 600°C) | Excellent (castable resin) | Use castable resin for best surface finish |
| Cost per Gear | PKR 200–500 | PKR 400–1200 | FDM for prototypes, SLA for production patterns |
| Printer Cost | PKR 40,000–80,000 | PKR 30,000–60,000 | Creality Ender-3 or Elegoo Mars |
| Oversize Allowance | +2–3% to account for casting shrinkage | Built into CAD parametrics automatically | |
Critical Print Settings for Investment Casting Patterns: 100% infill (solid — no hollow sections), 0.1mm layer height minimum for tooth surfaces, 3+ perimeter walls, PLA at 210°C nozzle / 60°C bed, NO support material touching gear teeth (orient print axis-vertical), add 2.5% linear scale factor to compensate for metal shrinkage during cooling.
انویسٹمنٹ کاسٹنگ پیٹرنز کے لیے اہم پرنٹ سیٹنگز: 100% infill (ٹھوس)، دانتوں کی سطحوں کے لیے کم از کم 0.1mm لیئر ہائٹ، 3+ پیریمیٹر والز، PLA 210°C نوزل / 60°C بیڈ پر، گیئر دانتوں کو چھوتا ہوا کوئی سپورٹ میٹریل نہیں، دھات سکڑنے کی تلافی کے لیے 2.5% لینیئر اسکیل فیکٹر شامل کریں۔
Lost-PLA casting is an adaptation of the ancient lost-wax process. The 3D-printed PLA gear pattern is coated in ceramic shell material, then burned out in a kiln, leaving a precise cavity into which molten steel is poured. Pakistan's foundries in Gujranwala and Lahore have been doing investment casting for decades — this simply gives them digitally-precise patterns instead of hand-carved wax.
Lost-PLA کاسٹنگ قدیم lost-wax عمل کی ترمیم ہے۔ 3D پرنٹڈ PLA گیئر پیٹرن کو سیرامک شیل مواد میں لپیٹا جاتا ہے، پھر بھٹی میں جلایا جاتا ہے، ایک درست گہا چھوڑ کر جس میں پگھلا ہوا اسٹیل ڈالا جاتا ہے۔ گوجرانوالہ اور لاہور کی فاؤنڈریز دہائیوں سے انویسٹمنٹ کاسٹنگ کر رہی ہیں — یہ انہیں ہاتھ سے بنے موم کی بجائے ڈیجیٹلی درست پیٹرنز دیتا ہے۔
Attach PLA sprue, runners, and risers to the gear pattern. The sprue is the main channel for molten metal entry. Risers provide additional metal to fill shrinkage voids. Use PLA rods (3D printed or hand-made) for sprues. Gate at the hub (thickest section) to ensure teeth fill completely.
PLA سپرو، رنرز، اور رائزرز کو گیئر پیٹرن سے جوڑیں۔ سپرو پگھلی ہوئی دھات کے داخلے کا مرکزی چینل ہے۔ رائزرز سکڑنے والے خلاء کو بھرنے کے لیے اضافی دھات فراہم کرتے ہیں۔ حب (سب سے موٹے حصے) پر گیٹ کریں۔
Dip pattern in colloidal silica slurry, then coat with fine silica sand (stucco). Repeat 6–8 layers, drying 4–6 hours between coats. Total shell thickness: 6–8mm. The first coat (prime coat) uses finest sand (200 mesh) for tooth surface detail. Outer coats use coarser sand (60–100 mesh) for strength. Local silica flour available from glass factories in Lahore.
پیٹرن کو کولائیڈل سلیکا سلری میں ڈبوئیں، پھر باریک سلیکا ریت سے کوٹ کریں۔ 6-8 تہوں کو دہرائیں، کوٹس کے درمیان 4-6 گھنٹے خشک کریں۔ کل شیل موٹائی: 6-8mm۔ لاہور کی شیشے کی فیکٹریوں سے مقامی سلیکا فلور دستیاب ہے۔
Place shell in kiln. Ramp slowly: 100°C/hr to 350°C (PLA softens and drains), hold 1 hour; ramp to 600°C (residual PLA ash burns), hold 2 hours; ramp to 900°C (shell sinters and strengthens), hold 1 hour. Total cycle: ~8 hours. PLA leaves less ash than wax — cleaner burnout. Use simple brick-lined gas kiln (PKR 50,000–100,000 to build locally).
شیل کو بھٹی میں رکھیں۔ آہستہ آہستہ بڑھائیں: 350°C تک 100°C/گھنٹہ (PLA نرم ہوتا ہے اور نکلتا ہے)، 1 گھنٹہ رکھیں؛ 600°C تک (بقیہ PLA راکھ جلتی ہے)، 2 گھنٹے رکھیں؛ 900°C تک (شیل مضبوط ہوتی ہے)، 1 گھنٹہ رکھیں۔ مقامی اینٹوں والی گیس بھٹی (50,000-100,000 روپے)۔
Melt alloy steel (42CrMo4 or equivalent) in induction furnace or crucible furnace at 1,580–1,620°C. Pour into pre-heated shell (maintain at 900°C to prevent thermal shock). Pour quickly and steadily through sprue. Use ceramic wool to insulate risers for slow solidification (prevents shrinkage porosity at gear hub). Cool to room temperature over 4–6 hours. Break ceramic shell with hammer.
الائے اسٹیل (42CrMo4) کو انڈکشن فرنس میں 1,580-1,620°C پر پگھلائیں۔ پہلے سے گرم شیل (900°C) میں ڈالیں۔ سپرو کے ذریعے تیزی سے ڈالیں۔ رائزرز کو سیرامک وول سے موصل کریں۔ 4-6 گھنٹوں میں کمرے کے درجہ حرارت تک ٹھنڈا ہونے دیں۔ ہتھوڑے سے سیرامک شیل توڑیں۔
Pakistan JUGAAR Advantage: Gujranwala, Sialkot, and Lahore have hundreds of small foundries already doing investment casting for surgical instruments, auto parts, and sports equipment. They have the kilns, crucible furnaces, and skilled workers. We are simply giving them digitally-precise 3D-printed patterns instead of hand-carved wax — improving accuracy from ±1mm to ±0.15mm while reducing pattern-making time from days to hours.
پاکستان جگاڑ فائدہ: گوجرانوالہ، سیالکوٹ، اور لاہور میں سینکڑوں چھوٹی فاؤنڈریز پہلے ہی سرجیکل آلات، آٹو پارٹس، اور کھیلوں کا سامان بنانے کے لیے انویسٹمنٹ کاسٹنگ کر رہی ہیں۔ ان کے پاس بھٹیاں، فرنسز، اور ماہر مزدور ہیں۔ ہم انہیں ہاتھ سے بنے موم کی بجائے 3D پرنٹڈ پیٹرنز دے رہے ہیں — درستگی ±1mm سے ±0.15mm تک بہتر۔
Investment casting gets the gear to near-net-shape (±0.15–0.3mm). Final machining is needed only on critical surfaces: the bore (shaft hole), tooth flanks (if high-speed stage), and mounting faces. This minimal machining approach is a massive cost savings vs. cutting gears entirely from billet stock.
انویسٹمنٹ کاسٹنگ گیئر کو قریب قریب حتمی شکل (±0.15-0.3mm) تک لے آتی ہے۔ حتمی مشیننگ صرف اہم سطحوں پر ضروری ہے: بور (شافٹ ہول)، دانتوں کی سطحیں (اگر تیز رفتار اسٹیج ہو)، اور ماؤنٹنگ فیسز۔ یہ کم سے کم مشیننگ بلٹ اسٹاک سے مکمل گیئر کاٹنے کے مقابلے میں بہت بڑی لاگت کی بچت ہے۔
| Surface | Tolerance Required | Machining Method | Local Availability |
|---|---|---|---|
| Bore (shaft hole) | H7 (±0.015mm) | CNC boring or reaming | Widely available |
| Keyway | ±0.05mm | Broaching or wire EDM | Available in major cities |
| Tooth flanks (Stage 1) | AGMA 6–8 | As-cast acceptable | No machining needed |
| Tooth flanks (Stage 2-3) | AGMA 8–10 | CNC gear grinding or hobbing | Karachi, Islamabad |
| End faces | ±0.05mm flatness | Surface grinding | Widely available |
The cast steel gear has a hardness of ~20–25 HRC — far too soft for a working gear. Heat treatment transforms the surface to 58–62 HRC while keeping the core tough. Pakistan's metalworking hubs have been heat-treating blades, tools, and auto parts for generations. The same furnaces and quench tanks serve perfectly for gear hardening.
کاسٹ اسٹیل گیئر کی سختی ~20-25 HRC ہے — ورکنگ گیئر کے لیے بہت نرم۔ ہیٹ ٹریٹمنٹ سطح کو 58-62 HRC تک سخت کرتی ہے جبکہ کور کو مضبوط رکھتی ہے۔ پاکستان کے دھات کام کرنے والے مراکز نسلوں سے بلیڈز، ٹولز، اور آٹو پارٹس کی ہیٹ ٹریٹمنٹ کر رہے ہیں۔
Pack gear in charcoal + barium carbonate powder in a sealed steel box. Place in refractory oven at 920°C for 4–8 hours (longer = deeper case). Carbon diffuses into the steel surface to 0.8–1.2mm depth. This is the traditional "pack carburizing" method — no gas atmosphere equipment needed. The sealed box with charcoal is pure Jugaar: works perfectly, costs almost nothing.
گیئر کو چارکول + بیریم کاربونیٹ پاؤڈر میں سیل شدہ اسٹیل باکس میں رکھیں۔ 920°C پر 4-8 گھنٹے رکھیں۔ کاربن اسٹیل کی سطح میں 0.8-1.2mm گہرائی تک پھیلتا ہے۔ یہ روایتی "پیک کاربرائزنگ" طریقہ ہے — گیس اتموسفیئر آلات کی ضرورت نہیں۔
Remove gear from carburizing box at 840–860°C and immediately immerse in warm oil (60–80°C). Use mineral quench oil or even clean used motor oil (another Jugaar solution). Agitate the gear in the oil for uniform cooling. The rapid cooling transforms the carbon-rich surface into martensite — extremely hard (62–65 HRC). The core remains softer (30–35 HRC) and tough.
گیئر کو کاربرائزنگ باکس سے 840-860°C پر نکالیں اور فوری طور پر گرم تیل (60-80°C) میں ڈبوئیں۔ منرل کوئنچ آئل یا صاف استعمال شدہ موٹر آئل استعمال کریں۔ یکساں ٹھنڈک کے لیے تیل میں گیئر کو ہلائیں۔ سطح مارٹینسائٹ میں تبدیل ہوتی ہے — انتہائی سخت (62-65 HRC)۔
Reheat the quenched gear to 180–220°C in the same oven and hold for 2 hours. This reduces brittleness while keeping most of the hardness. Final surface hardness: 58–62 HRC. Final core hardness: 30–38 HRC. The tempered gear has excellent wear resistance on tooth surfaces with a tough, shock-absorbing core — exactly what a gearbox needs.
کوئنچ شدہ گیئر کو اسی اون میں 180-220°C تک دوبارہ گرم کریں اور 2 گھنٹے رکھیں۔ یہ زیادہ تر سختی برقرار رکھتے ہوئے ٹوٹنے کی صلاحیت کم کرتا ہے۔ حتمی سطح سختی: 58-62 HRC۔ حتمی کور سختی: 30-38 HRC۔
| Item | Stage 1 (Planetary) | Stage 2 (Helical) | Stage 3 (Helical) | Total |
|---|---|---|---|---|
| 3D Printing (PLA/Resin) | PKR 2,400 (5 pcs) | PKR 800 (2 pcs) | PKR 600 (2 pcs) | PKR 3,800 |
| Ceramic Shell Materials | PKR 1,500 | PKR 600 | PKR 500 | PKR 2,600 |
| Burnout Kiln (fuel) | PKR 800 | PKR 500 | PKR 500 | PKR 1,800 |
| Alloy Steel (42CrMo4) | PKR 3,000 (~4 kg) | PKR 1,500 (~2 kg) | PKR 1,000 (~1.5 kg) | PKR 5,500 |
| Melting & Pouring | PKR 2,000 | PKR 1,200 | PKR 1,000 | PKR 4,200 |
| CNC Machining | PKR 3,000 | PKR 2,500 | PKR 2,000 | PKR 7,500 |
| Heat Treatment | PKR 1,500 | PKR 800 | PKR 700 | PKR 3,000 |
| SUBTOTAL PER STAGE | PKR 14,200 | PKR 7,900 | PKR 6,300 | PKR 28,400 |
| Shafts + Bearings + Housing | Locally fabricated GG25 housing, imported bearings | PKR 35,000 | ||
| TOTAL GEARBOX COST | PKR 63,400 (~$220 USD) | |||
JUGAAR Cost Comparison: An imported 50:1 speed-increasing gearbox rated for 5 kW costs $800–$1,500 USD. The JUGAAR pipeline produces an equivalent gearbox for approximately $220 USD — a 70–85% cost reduction. At 10+ unit batch production, costs drop further to ~$150 USD per gearbox through shared kiln cycles and bulk material purchasing.
جگاڑ لاگت موازنہ: 5 کلو واٹ کے لیے درآمد شدہ 50:1 اسپیڈ بڑھانے والے گیئر باکس کی قیمت $800-$1,500 USD ہے۔ جگاڑ پائپ لائن تقریباً $220 USD میں مساوی گیئر باکس تیار کرتی ہے — 70-85% لاگت میں کمی۔ 10+ یونٹ بیچ پروڈکشن میں، لاگت مزید ~$150 USD فی گیئر باکس تک گر جاتی ہے۔
The companion JUGAAR CAD/CAM app (provided as a separate HTML file) is a complete browser-based gear design tool built with Claude Code. It integrates with all the free APIs and tools described above through a single unified interface.
ساتھی جگاڑ CAD/CAM ایپ (علیحدہ HTML فائل کے طور پر فراہم) ایک مکمل براؤزر پر مبنی گیئر ڈیزائن ٹول ہے جو Claude Code سے بنایا گیا ہے۔
Input module, teeth, helix angle, face width, material. Live calculation of pitch diameter, torque capacity, speed ratios, and stress factors. Multi-stage ratio optimizer.
ماڈیول، دانت، ہیلکس اینگل، فیس وِڈتھ، مواد داخل کریں۔ پچ ڈایامیٹر، ٹارک صلاحیت، اسپیڈ ریشوز کی لائیو کیلکولیشن۔
Real-time SVG rendering of involute tooth profiles. Shows mesh engagement between gear pairs. Exportable as SVG/PNG for documentation and whitepaper use.
involute دانتوں کے پروفائلز کی ریئل ٹائم SVG رینڈرنگ۔ گیئر پیئرز کے درمیان میش انگیجمنٹ دکھاتا ہے۔
One-click generation of parametric OpenSCAD .scad code for each gear. Includes casting shrinkage compensation, draft angles, and gating attachment points. Copy-paste into OpenSCAD for immediate STL rendering.
ہر گیئر کے لیے پیرامیٹرک OpenSCAD .scad کوڈ کی ون کلک جنریشن۔ کاسٹنگ سکڑنے کی تلافی شامل۔
Optimized print profiles for PLA and castable resin. Layer height, infill, orientation, support strategy — all pre-configured for investment casting patterns. G-code export via PrusaSlicer CLI integration.
PLA اور کاسٹ ایبل ریزن کے لیے آپٹمائزڈ پرنٹ پروفائلز۔ لیئر ہائٹ، انفل، اورینٹیشن — سب انویسٹمنٹ کاسٹنگ پیٹرنز کے لیے پہلے سے ترتیب دیے گئے۔
Metal weight estimator, shrinkage allowance calculator, burnout temperature profile generator, and alloy selection guide. Generates a printable work order for the local foundry — in Urdu.
دھات وزن تخمینہ لگانے والا، سکڑنے کی تلافی کیلکولیٹر، برن آؤٹ درجہ حرارت پروفائل جنریٹر، اور الائے سلیکشن گائیڈ۔ مقامی فاؤنڈری کے لیے اردو میں ورک آرڈر بناتا ہے۔
Carburizing time/temperature calculator based on desired case depth. Quench media selection (oil/water/polymer). Tempering curve with final hardness prediction. Generates a printable furnace schedule card for the heat treatment shop.
مطلوبہ کیس گہرائی کی بنیاد پر کاربرائزنگ وقت/درجہ حرارت کیلکولیٹر۔ کوئنچ میڈیا سلیکشن۔ ٹیمپرنگ کرو حتمی سختی کی پیشگوئی کے ساتھ۔