A prototípustól a végtermékig - beszerelésre kész golyóscsapágyak 3D nyomtatással

• Mire volt szükség? Siklócsapágyak a 3D nyomtatott jármű kormányzásához.
• Gyártási módszer: Szál extrudálás (FDM)
• Követelmények: alacsony hézag, nagy szilárdság, nagy kopásállóság
• Anyag: iglidur i150
• Iparág: Járműipar
• Együttműködéssel elért siker: Jó felületi minőség, gyorsabb gyártás a szerszámmentes 3D nyomtatásnak köszönhetően, több idő a fejlesztésre, a csapágy kis hézagú vagy egyáltalán nem hézagolt.

Az alkalmazás egy pillantásra:
A "Chameleon" projektben a Scaled 3D nevű brit vállalat egy olyan négykerekű járművet fejlesztett ki, amely kizárólag 3D-nyomtatott alkatrészekből készült. A jármű tesztjei során a kormányrendszer kialakítása negatív feltűnést keltett. A kormánycsapágyaknak túl nagy volt a mozgástere és sokat kopott. Annak érdekében, hogy az alkalmazás továbbra is teljesen 3D nyomtatott maradhasson, a vállalat olyan kemény, kopásálló anyagot kezdett keresni, amely jobban megfelel a csapágypontok számára. Az iglidur i150 tribofilszállal végzett különböző nagy és kis és formátumú tesztek után a fejlesztőcsapat végül egy ötrészes siklócsapágyat tervezett, amelynek nagyon kevés volt a hézaga, és jelentősen kopásállóbb volt, mint a hagyományos műanyagból készült csapágyak. Ez lehetővé tette annak a feltételnek a teljesítését, hogy a csapágy továbbra is a 3D nyomtatóból származzon.

A jármű kormányrendszerének túl nagy volt a mozgástere, és gyorsan pontatlanná vált. Emellett fennállt a gyors elhasználódás veszélye is. Ezért olyan kormánycsapágyakat kellett készíteni, amelyeknek sokkal kisebb a mozgástere, és amelyek illeszkednek a jármű többi részének meglévő formájához. A sima csapágyak mélysége nem haladhatta meg a 20 mm-t. A két csapágy közül az alsónak osztott belső gyűrűvel kellett rendelkeznie, hogy lehetővé tegye a kormányoszlophoz való rögzítést, amelynek mindkét végén két radiális csavarkészlet található. Az alkatrészeknek lényegesen nagyobb szilárdsággal kellett rendelkezniük, mint a korábban beépített, szabványos PLA-ból készült csapágyaknak.

A Scaled 3D a "Chameleon" projektjéhez a tribológiailag optimalizált iglidur i150-PF tribofilamentben találta meg a tökéletes anyagot. A filament nagyon könnyen feldolgozható egy nagy volumenű nyomtatóban, és jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik a szilárdság, a szívósság és a rétegtapadás tekintetében a csúszó alkalmazásokban. A csapágyat öt darabból álló golyóscsapággyá alakították át, amelyet kezdetben prototípusként teszteltek. A tesztek során a csapágyban a forgás közbeni excentrikus terhelés esetén nagyon alacsony volt a hézag. A teszteknek már a fejlesztési fázisban is nagy jelentőségük volt, mivel a végleges alkatrészeket ugyanezzel az eljárással fogják gyártani.

Az Egyesült Királyságból származó "Chameleon" projekt fő célja egy olyan jármű kifejlesztése volt, amely teljes egészében 3D nyomtatóból származik. A projekt alapgondolata a tömeggyártásról a gyors, ügyfélspecifikus gyártásra való áttérés volt. Ugyanakkor a szerszám nélküli additív gyártás lehetővé tette volna az újrahasznosított anyagok felhasználását. A Scaled 3D szerint a jövőben 100%-ban újrahasznosított anyagot lehet majd használni a 3D nyomtatott járművekben és szerkezetekben. Eddig a Chameleon csapatának sikerült 30%-ban újrahasznosított anyaggal dolgoznia az első, 2020-as prototípusban. Az alkatrészek 3D-nyomtatásának gyorsasága különösen előnyös a projekt szempontjából: a nagyméretű (1,375 kg-os) alkatrészre vonatkozó legfeljebb 83 perces nyomtatási idő azt jelentette, hogy ezeket az alkatrészeket még aznap megrajzolhatták, kinyomtathatták és tesztelhették. A nagy sebességelőny az olyan eljárásokkal szemben, mint a marás és a fröccsöntés, nagyon pozitív hatással volt a járműfejlesztés szabadságára, amit az alkatrészek geometriájának tervezési szabadsága is támogatott.

Az iglidur i150 tribofilament tribológiai tulajdonságainak áttekintése érdekében a vállalat először kis méretben tesztelte az alkatrészeket. Először egymásba ágyazott hengereket nyomtattak, amelyek kezeletlen felülete más anyagokhoz képest már nagyon jó minőségű volt. Az alkatrészeket ezután nagy formátumban nyomtatták ki, és a jó felületi minőség a lenyűgöző tulajdonságok közé tartozott. A cserélendő golyóscsapágyat ezután iglidur i150-ből nyomtatták újra. Az I150-es futófelületek és a golyóscsapágy-ketrec jó csúszópartnernek bizonyultak az alacsony súrlódású működéshez. Végül egy ötrészes golyóscsapágy jött létre.

Az iglidur i150 golyóscsapágyon végzett vizsgálatok során a forgás közbeni excentrikus terhelésnél a hézag nagyon alacsony volt. Ezután egy kettős csapágyrendszert fejlesztettek ki a Chameleon kormányrendszerbe való illesztésre. A Scaled 3D szerint az iglidur i150 golyóscsapágyak nyomtatási minősége hasonló az ASA-éhoz, és sokkal jobb, mint a hagyományos PLA-é. Az 1 mm-es rétegmagasság ellenére a felületkezelés nagyon jó volt. A jó alkatrészminőség mellett a vállalat az alkatrészek könnyű összeszerelhetőségével is elégedett. A tribofilament alkalmas mind a kisebb alkalmazásokhoz, mind a nagyméretű nyomtatóval végzett projektekhez. Jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, ezért a legtöbb alkalmazáshoz és 3D nyomtatóhoz alkalmas. Az iglidur i150 a 10/2011-es EU rendeletnek megfelelően élelmiszeripari megfelelőséggel is rendelkezik, és alkalmas az élelmiszer- és csomagolóiparban történő alkalmazásokra.