Lenyűgözően jó minőségű 3D nyomtatott alkatrészek veteránjárművekhez

• Megoldandó probléma: Egy veterán gépjármű csigahajtóművének pótlása
• Gyártási eljárás: Szelektív lézerszinterezés lézerszinterező porból
• Követelmények: Tartósság, precizitás, alacsony ár
• Anyag: iglidur i6
• Iparág: Autóipar
• Sikeres együttműködés: Kiváló precizitás, nincs súrlódás, gyors és költséghatékony gyártás, kenésmentesség

Az alkalmazásról röviden:
A veterán autók pótalkatrészeinek beszerzése nagyon nehéz, ha nem lehetetlen. Ismerős probléma, különösen az egzotikus járművek és a ritka modellek esetében. Dr. Jörg Pühler, egy 1924-es Stanley 750B tulajdonosa a sebességmérő kilométerszámlálójához keresett cserealkatrészt.
Az eredeti alkatrész teljesen tönkrement a kopás és az előző tulajdonos által az autón végzett javítások miatt. Az igus online 3D szolgáltatása kínált megoldást: a csigahajtóművel és fogasszíjas tengelyt gyorsan és költséghatékonyan, nyomtatással gyártottuk le, kopásálló iglidur i6 SLS műanyagból.
 

A fém (régi) és az iglidur I6-ból 3D nyomtatással készült polimer (új) csigahajtómű összehasonlítása. Forrás: Dr. Jörg Pühler

Probléma

A Stewart Warner sebességmérőben az első átviteli tengelyen lévő fogaskerék, mely a bemeneti tengelynek adja át a nyomatékot, már nem volt működőképes állapotban.  A fogaskerék már nem akadt be a csigahajtásba. Ráadásul, az előző tulajdonos javítgatásai miatt lehetetlen volt megmondani, pontosan milyen méretű volt eredetileg a fogazat. A pótalkatrész legyártása több nekifutást igényelt, és olyan anyagra volt szükség, amely elég stabil és megfelelő precizitással gyártható ahhoz, hogy a jövőben lehetővé tegye a folyamatos használatot.  

Megoldás

Az igus 3D nyomtatási szolgáltatásával egy teljesen működőképes alkatrészt készítettünk iglidur I6-ból. A gyors és költséghatékony lézerszinterezési gyártási eljárás révén a veteránautó tulajdonosa több alkatrészt is kipróbálhatott a gyakorlatban. A nagyteljesítményű, szilárd kenőanyagokat tartalmazó alkatrészt már nem kell kenni. Még 2 000 megtett mérföld után sem látszanak rajta kopás nyomai.  

Mi okozta a sebességmérőben lévő csigahajtómű kopását?

Az 1924-es Stanley 750B veterán autó sebességmérője nem működött - a kilométerszámláló tönkrement. A tulajdonos megtalálta a hibát: az első átviteli tengelynek a bemeneti tengellyel kapcsolódó fogaskerék kopott el. A kopás miatt a fogazat már nem akadt be a csigakerékbe.
 
A problémát a háromrészes kilométerszámláló mechanizmusa okozta: a mutatók játéka a tengelyek mentén körülbelül 0,2 mm volt és hiányzott a csavaralátét ami egymásnak nyomta volna őket. Az is előfordult, hogy egy kis fogaskerék becsúszott a számlálók közé és megállította a számláló mechanizmusát. Egy 0,1 mm-es enyhén hajlított réz alátét beszerelése megoldotta az axiális játék kérdését és így már nem fordult elő kihagyás.

A Stewart Warner Chicago M-9 típusú sebességmérőhöz lehetetlennek tűnt az alkatrész beszerzése. Forrás: Dr. Jörg Pühler

Többször próbálkoztak a pótalkatrész beszerzésével

Miután fényt derítettek a hiba okára, lehetségessé vált a pótalkatrész legyártása. A FreeCAD szoftverrel Dr. Pühler készített egy CAD modellt a szükséges alkatrészről. Az első rendelés az igus 3D nyomtatási szolgáltatáson keresztül hiba nélkül megtörtént és a pótalkatrész pár napon belül már nála volt. 
 
Az anyag elég stabil volt és még a legapróbb részletekben is visszaadta az eredetit. A tengely illeszkedett a csapágyakhoz és a csigahajtómű is pontosan passzolt. Közben azonban kiderült, hogy az eredeti fogazat annyira elhasználódott, hogy alulbecsülték az méreteket.  

Az eredeti alkatrészben esett károsodás olyan mértékű volt, hogy nem lehetett pontosan meghatározni a méreteket. Forrás: Dr. Jörg Pühler

3D nyomtatott pótalkatrészek tesztelése: átmennek a tartóssági vizsgálaton?

A CAD modellben mindössze egy paramétert kellett megváltoztatni, és újra készen állt arra, hogy kinyomtassák az alkatrészt.  A második darab is elég jól futott és átment egy rövid tartóssági teszten. De amikor alacsony fordulatok mellett enyhe hibák jelentkeztek, egy harmadik verziót kellett készíteni, melynél változtattak a fogaskerék modulon és a menetszögön. A harmadik darab tökéletesen működött és rendben hajtotta meg a szerkezetet.
 
Az additív gyártási eljárások nagy előnye, hogy gyorsan és viszonylag kis erőfeszítéssel lehet változtatni. A digitális modell változtathatósága, a kényelmes online rendelés és a gyors gyártás révén gyorsan és költséghatékonyan változtathatóak a prototípusok és a pótalkatrészek.
 
A 3D eljárással történő gyártás legnehezebb része gyakran a 3D modell elkészítése. Az interneten számos online oktatóvideó és eszköz áll rendelkezésre CAD modellek készítéséhez. Az igus weboldalán is számos ingyenes CAD konfigurátor található, melyekkel a CAD-ben járatlan felhasználók is modellezhetnek többek között fogaskerekeket, csapágyakat és trapézmenetes anyákat. Azok, akik nem akarnak ezzel foglalkozni, amatőr online műhelyek és más kezdeményezések honlapjain kaphatnak segítséget 3D nyomtatott alkatrészek tervezéséhez.  

Tesztpad - az iglidur I6-ból 3D nyomtatással készített csigahajtómű tesztje. Forrás: Dr. Jörg Pühler

Lenyűgözően jó minőségű 3D nyomtatott alkatrészek veteránjárművekhez

Miután a tengelyt átfogó tesztelésnek tettük ki, beépítették a sebességmérőbe, amit pedig visszatettek a veterán autóba. Az iglidur i6 jelentős előnye a műanyagba integrált szilárd kenőanyag, ezért a felhasználónak nem kell kennie az alkatrészt - még akkor sem, ha a kapcsolódó alkatrész fémből készült. 

A nyomtatott csigakerék még 2000 mérföld megtétele után is jó állapotban van, kopás jelei nem látszódnak rajta. A fém súrlódás nyomok, amelyek a képen láthatóak, a meghajtó csigakeréktől származnak a tesztelés első fázisából, de azóta számottevő változás nem látszik rajtuk.

Még 2 000 megtett mérföld után sem látszanak rajta kopás nyomai. Forrás: Dr. Jörg Pühler