A prototípustól a végtermékig - beszerelésre kész golyóscsapágyak 3D nyomtatással

• Megoldandó probléma: siklócsapágyak a 3D nyomtatott jármű kormányrendszerébe
• Gyártási eljárás: szálanyag extrudálás (FDM)
• Követelmények: kis holtjáték, nagy szilárdság és kopásállóság
• Anyag: iglidur I150
• Iparág: gépjárműipar
• Sikeres együttműködés:jó felületi minőség, gyorsabb gyártás a szerszám nélküli 3D nyomtatásnak köszönhetően, több idő a fejlesztésre, minimális csapágyhézag

 
Röviden az alkalmazásról:
A nagy-britanniai Scaled 3D cég négykerekű járművet fejlesztett ki „Chameleon” projektjében, amely kizárólag 3D-nyomtatott alkatrészekből áll. A járműtesztek során a kormányrendszer kialakítása folyamatosan magára vonta a figyelmet. A kormány csapágyainak holtjátéka és kopása komoly problémát jelentett. Annak érdekében, hogy az alkalmazás teljes mértékben 3D-s nyomtatású maradhasson, a cég elkezdett olyan masszív, kopásálló anyagot keresni, amely alkalmas lenne a csapágyazáshoz. Számos, az iglidur I150 tribofilamenttel végzett nagy- és kisformátumú tesztet követően a fejlesztőcsapat előállt az öt részből álló csapágy tervével, melynek holtjátéka rendkívül kicsi volt, míg kopásállósága jelentősen meghaladta a hagyományos műanyagokét. Így biztosították, hogy a csapágy továbbra is 3D nyomtatással készülhessen.
 

A Scaled 3D, egy brit székhelyű cég, "Chameleon" projektje egy teljes mértékben 3D nyomtatással készült jármű kifejlesztését tűzte ki célul.

Probléma

A jármű kormányrendszere túl nagy holtjátékkal rendelkezett, és gyorsan pontatlanná vált. Fennállt a gyors elhasználódás veszélye is. Így sokkal kisebb hézagú kormánycsapágyakat kellett készíteni, amelyek beleférnek a jármű többi meglévő része által adott formába. A siklócsapágy mélysége nem haladhatta meg a 20 mm-t. A két csapágy közül az alsónak egy osztott belső gyűrűvel is rendelkeznie kellett, hogy a kormányoszlophoz lehessen szerelni, amelynek mindkét végén két-két radiális csavar található. Az alkatrészeknek lényegesen nagyobb szilárdságúaknak is kellett lenniük, mint a korábban beépített szabványos PLA csapágyaknak.
 

Megoldás

A Scaled 3D a tribológiailag optimalizált iglidur I150-PF tribofilamentben találta meg a tökéletes anyagot „Chameleon” projektjéhez. A szálanyag nagyon könnyen feldolgozható egy nagyformátumú nyomtatóban, és jó mechanikai tulajdonságokat kínál a szilárdság, a szívósság és a rétegtapadás tekintetében, sikló alkalmazásokhoz. A csapágyat ötrészes golyóscsapággyá alakították át, amelyet kezdetben prototípusként teszteltek. A tesztek során a csapágy hézaga nagyon alacsony volt forgás közbeni excentrikus terhelések hatására. Már a fejlesztési fázis tesztjeiből is sokat leszűrhettek, hiszen a végleges darabot is ugyanilyen technológiával tervezték gyártani.
 

A „Chameleon" projekt - egyedi, fenntartható alkalmazás

Az Egyesült Királyság-beli „Chameleon“ projekt fő célja egy teljes mértékben 3D nyomtatással készült jármű fejlesztése volt. A projekt mögött meghúzódó ötlet a tömeggyártásról a gyors, ügyfélspecifikus gyártásra való átállás volt. Ugyanakkor a szerszám nélküli additív gyártás lehetővé tette az újrahasznosított anyagok felhasználását. A Scaled 3D szerint a jövőben megvalósítható lesz 100%-ban újrahasznosított anyagokat felhasználni a 3D nyomtatott járművekben és szerkezetekben. Eddig a Chameleon csapatnak sikerült 30%-ban újrahasznosított anyagokkal dolgoznia az első 2020-as prototípusában. Az alkatrészek 3D-nyomtatásának sebessége külön előnyt jelent ebben a projektben: a nagy darab (1375 kg) maximum 83 perces nyomtatási ideje azt jelentette, hogy ezeket az alkatrészeket egy nap alatt lehetett megrajzolni, nyomtatni és tesztelni. A maráshoz és fröccsöntéshez képest mért gyorsaság pozitívan hat a járműtervezés szabadságára, amely az alkatrészek geometriájának tervezése során is érezhető.
 

A kormányrendszer csapágyai is nagyformátumú nyomtatással készülnek

A megfelelő csapágyakhoz vezető út

Az iglidur I150 tribofilament tribológiai tulajdonságainak megismerése érdekében a vállalat először kis formátumban tesztelte az alkatrészeket. Először egymásba ágyazott hengereket nyomtattak, amelyek kezeletlen felületeinek minősége már érzékelhetően jobb volt, más anyagokhoz képest. Az alkatrészeket ezután nagy formátumban nyomtatták, ahol szintén érvényesült kiváló felületi minőségük. A cserélendő golyóscsapágyat ezután iglidur I150-ből nyomtatták újra. Az I150 golyók és csapágyház alacsony súrlódással működtek. Végül egy ötrészes golyóscsapágy készült.
 

A golyóscsapágy prototípusa: bal oldalon hagyományos műanyag, jobb oldalon iglidur I150

A legsokoldalúbb igus tribofilament - iglidur I150

A tesztek során az iglidur I150 golyóscsapágy hézaga nagyon alacsony volt forgás közbeni excentrikus terhelések hatására. Ezután egy kettős csapágyrendszert fejlesztettek ki, hogy illeszkedjen a Chameleon kormányrendszerbe. A Scaled 3D szerint az iglidur I150 csapágyak nyomtatási minősége felveszi a versenyt az ASA-éval, és sokkal jobb, mint a hagyományos PLA-é. Az 1 mm-es rétegmagasság ellenére a felület nagyon jó volt. A cég a jó alkatrészminőség mellett az alkatrészek egyszerű összeszerelésével is elégedett. A tribofilament kisméretű alkalmazásokhoz és nagyformátumó nyomtatóval végzett projektekhez egyaránt alkalmas. Kiváló műszaki jellemzői teszik alkalmassá a legtöbb alkalmazáshoz és 3D nyomtatóhoz. Az iglidur I150 az 10/2011-es EU-rendeletnek megfelelően élelmiszer-kompatibilis is, ezért alkalmas az élelmiszer- és csomagolóipar megfelelő alkalmazásaihoz.
 

Az iglidur I150 tribofilament minden 3D nyomtatóval használható.