Tech up, cost down - alacsony fajlagos költségek és hosszabb siklócsapágy élettartam 3D nyomtatással és fröccsöntéssel

• Mire volt szükség: speciális geometriájú siklócsapágyak
• Gyártási eljárás: SLS nyomtatás és fröccsöntés
• Követelmények: jó siklási tulajdonságok alumínium ellendarabbal, nagy kopásállóság magas sebességek mellett, összetett geometria
• Anyag: iglidur i3 (lézerszinterezés) and iglidur J2
• Iparág: hulladékosztályozó üzemek
• Sikeres együttműködés: hosszú élettartam nagy terhelések mellett, jelentősen csökkentett darabköltségek, nagyfokú tervezési szabadság

Az alkalmazás rövid áttekintése:
A finn ZenRobotics vállalat ipari, mesterséges intelligenciával vezérelt hulladékválogató rendszereket gyárt, amelyek világszerte automatikus, nagy pontosságú, gyors és biztonságos hulladékszétválasztást tesznek lehetővé. A rendszerek a felhasználási környezettől függően rendkívül mostoha körülmények között működnek: a por és a hulladékban előforduló egyéb „meglepetések” mindennaposak. Ennek ellenére a berendezéseknek gyorsan és megbízhatóan kell működniük. Az új „FastPicker” rendszerhez olyan siklócsapágyakra volt szükség, amelyek képesek elviselni az axiális gyorsítás során fellépő nagy csavaró igénybevételeket. A fejlesztők 3D-nyomtatott siklócsapágyakat terveztek, amelyeket hornyos profilú alumínium tengelyekre szereltek fel az elfordulás megakadályozása érdekében. Ezek a siklócsapágyak akár 3 m/s lineáris sebességet is elviselnek radiális és axiális gyorsítás mellett. A 3D nyomtatás által kínált nagyfokú tervezési szabadságnak köszönhetően a siklócsapágyak geometriáját pontosan a hornyos alumínium tengelyhez lehetett igazítani. A következő lépésben fröccsöntő szerszám készült, hogy kihasználják a fröccsöntés által kínált anyagválasztékot.

A finn ZenRobotics új „FastPicker” hulladékválogató rendszerének tesztfázisában gyorsan kiderült, hogy a hagyományos siklócsapágyak nem képesek ellenállni az axiális gyorsítás során fellépő csavaró erőknek, ha a tömegközéppont nem esik egybe a mozgó tengely középpontjával. Kezdetben az elfordulást ütközőelemekkel próbálták megakadályozni, ezek azonban a nagy terhelés miatt rövid időn belül tönkrementek. Az ütközőelemek mellett kezdetben szabványos igus siklócsapágyakat is alkalmaztak a radiális és axiális gyorsulások elviselésére.

Végül speciális geometriájú igus siklócsapágyakat alkalmaztak. Ezeket először iglidur i3 nagy teljesítményű műanyagból, lézerszinterezéssel gyártották. Így pontosan illeszkedtek a hornyos alumínium tengelyre, és hatékonyan megakadályozták az elfordulást. Ezt követően a speciális geometria alapján fröccsöntő szerszám készült, amely lehetővé tette a fröccsöntés széles anyagválasztékának kihasználását. Ennek eredményeként a költségek akár 80%-kal is csökkentek.

A 3D nyomtatás és a fröccsöntés költséghatékonysága jelentősen eltér. A 3D nyomtatás általában kis darabszámok esetén kifizetődő, míg a fröccsöntött alkatrészek gyártása jellemzően csak 10 000 darab felett gazdaságos. A 3D nyomtatás különösen a tesztfázisban előnyös, mivel gyors gyártást és azonnali felhasználhatóságot kínál. A kialakítástól függően az alkatrészek egy-három napon belül szállíthatók, és egyszerűen megrendelhetők az online 3D nyomtatási szolgáltatáson keresztül. A ZenRobotics a prototípushoz szintén 3D-nyomtatott siklócsapágyakat alkalmazott a hornyos profilú alumínium tengelyhez. A vállalat ezt követően a nagyobb darabszámú gyártás mellett döntött fröccsöntési eljárással. A döntő tényezők az anyagválaszték sokszínűsége és az alacsony darabköltségek voltak. A végleges siklócsapágyak iglidur J2 anyagból készültek. Körülbelül 5 eurós darabárral a fröccsöntött alkatrész csupán tizedébe került az SLS-technológiával gyártott változatnak (kb. 49 euró/darab), és a szerszámköltség már 100 darab után megtérült. A robusztus műanyag jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, költséghatékony, jó közegállóságot biztosít, valamint a beépített szilárd kenőanyagoknak köszönhetően a siklócsapágyak külső kenése feleslegessé vált.