Nagy gyorsulások és 80 °C-ig: Megbízható lineáris csapágyak 3D nyomtatókhoz

A 2012-ben alapított Kühling&Kühling rugalmas és könnyen skálázható 3D gyártási megoldásokat kínál ügyfeleinek. Az első sorozatgyártású 3D nyomtató megvalósításához a kieli székhelyű megoldásszakértő a biztonságos kábelvezetést biztosító energialáncot és megfelelő béléscsapágyas megoldást keresett. A 3D nyomtatónak a csapágytechnikával szemben támasztott követelményei magasak: a gépek nagy teljesítménye olyan mozgó alkatrészeket igényel, amelyek hosszú időn keresztül problémamentesen és a lehető legkevesebb karbantartással bírják a nagy gyorsulásokat. A dinamikus belső működés emellett hatalmas, akár 80 °C-os hőmérsékletet is eredményez, amihez meg kellett találni a megfelelő anyagokat. Végül a beépített alkatrészeknek a csendességgel szemben támasztott magas követelményeknek is meg kellett felelniük.

A kieli székhelyű Kühling&Kühling cég 2012 óta az egyik ilyen. A két alapító, Jonas és Simon Kühling mechatronikai mérnökök nyílt forráskódú hardverfejlesztésre és gyártásra szakosodtak a 3D nyomtatók területén. Másfél év fejlesztés után az első termék, a "RepRap Industrial", 2013 vége óta sorozatgyártásban van. Költséghatékony megoldás a megbízható és kiváló minőségű gyors prototípusgyártáshoz, különösen nagy igénybevételű, folyamatos használatra.

A rendszert folyamatosan továbbfejlesztjük, és most a "v1.1.0" verzióval alapvető frissítést és számos fejlesztést kapott. Minden olyan anyag feldolgozható, amely megfelel bizonyos alapvető előírásoknak, a nagyszilárdságú hőre lágyuló műanyagoktól kezdve a szálakkal töltött műanyagokon át a gumi-elasztikus anyagokig. A háztartási használatra vagy modellezésre kapható nyomtatók csak nagyon korlátozott számú nyomtatási anyag használatát teszik lehetővé. Itt túlnyomórészt az úgynevezett "bioplasztikát" használják, amely kukorica alapú, és általában nem bírja az ipari felhasználás műszaki követelményeit. Ez a műanyag ugyanis már 45 °C feletti hőmérsékleten tönkremegy - az iparban a hőmérsékleti határértékek ennél lényegesen magasabbak. A többi ipari felhasználásra szánt 3D nyomtatóval összehasonlítva a "RepRap Industrial" különösen ajánlott az ára miatt. Ez körülbelül 25-30 százalékkal alacsonyabb, mint a hasonló rendszereké. A siker igazolja a Kühling&Kühling igazát: az egységek száma folyamatosan növekszik, és egy év alatt megnégyszereződött.

Minden olyan anyag feldolgozható, amely megfelel bizonyos alapvető előírásoknak, a nagyszilárdságú hőre lágyuló műanyagoktól kezdve a szálakkal töltött műanyagokon át a gumi-elasztikus anyagokig.

Simon Kühling visszaemlékszik a megfelelő beszállító keresésére: "Amikor elkezdtük a rendszer fejlesztését, kezdetben klasszikus golyóscsapágyakra gondoltunk. Ezeknek azonban számos hátrányuk van. Először is túl drágák a 12 euró körüli egységárukkal, másodszor pedig 65 °C-os üzemi hőmérsékleten már nem működnek. Ezen a ponton a tömítések elkezdenek tönkremenni. Ezután a tömítések elkezdenek tönkremenni, és a kenés elhasználódik." Ez vezetett a műanyag csúszófelületű lineáris siklócsapágyakhoz. "Költségek miatt kezdetben ázsiai termékeket teszteltünk," mondja Simon Kühling. "Ezek azonban semmiképpen sem feleltek meg a követelményeinknek, nem beszélve a gyors és hosszú távú szállítási képességről."

A kieli székhelyű szakember a kábelvezetéshez az E2 mikroszériába tartozó energialáncunkat választotta, amely nagyon kis helyet foglal el, és amelyet különösen dinamikus alkalmazásokhoz fejlesztettek ki. Ezen kívül a 3D nyomtató generációban lineáris csapágyazási megoldásként a dryspin® orsóvezetők, a drylin® R lineáris siklócsapágyak és az iglidur® E7-ből készült lineáris siklófóliák kerültek alkalmazásra. A hagyományos keringető golyóscsapágyakkal ellentétben az iglidur® anyagból készült lineáris csapágyak költséghatékony és ugyanakkor nagy teljesítményű megoldásnak bizonyultak.
Megfelelnek a zajkibocsátásra, a menetgyorsulásra és a folyamatos hőmérséklet-állóságra vonatkozó magas követelményeknek. Az élethosszig tartó kenésmentes lineáris siklócsapágyak ráadásul karbantartásmentesek, ezért különösen alacsony kopásuk és hosszú élettartamuk van. 
A csapágyelemek pontos pozícionálásának köszönhetően még a gyors mozgások során is, valamint a rezgésmentességnek köszönhetően az ügyfelek 3D nyomtatóikkal is optimális gyártási eredményeket érhetnek el.

Az igus® " drylin®" lineáris és hajtástechnika különböző alkatrészeket kínál a 3D nyomtatók tervezőinek - mindig teljesen kenésmentesen, 24 órán belül és minimális rendelési mennyiség nélkül rendelkezésre állva. A nagy teljesítményű műanyagból készült lineáris siklócsapágyak használatának másik előnye a csendes működés; nincs mechanikus gördülési zaj, mint a fém- vagy kerámiagolyók esetében.

Összesen tizenkét igus®csapágytermék kerül felhasználásra a "RepRap Industrial": acél tengelyek és lineáris vezető adapterek, amelyek csúszófóliákkal ellátott, "iglidur®" nagy teljesítményű műanyagból készült csúszófóliák vezetik az adott tengelyt, valamint vezérlőcsavarok és műanyag menetes anyák a tengely meghajtásaként. A lineáris siklócsapágyak felépítésükben megegyeznek a keringető golyóscsapágyakkal, gazdaságosak és könnyen beépíthetők. Emellett csillapítják a rezgéseket. Ez annál is inkább fontos, mivel a 3D nyomtatás nem generál nagy erőket, de gyors gyorsulások előfordulnak. A tengelynek ehhez könnyűnek kell lennie.

Kühling&A Kühling 3D nyomtatójában az igus® második nagy üzletágának, a műanyag energialáncoknak a termékeit is használják. Az itt használt "E2 mikro" családba tartozó láncokat rendkívül helytakarékos kialakítás, kis súly és különösen finom gördülési mozgások jellemzik. A műanyag energialánc sima kontúrjai a behelyezett kábeleket is védik.

Az igus® online katalógusa már jó áttekintést adott a kínálatról és a számunkra megfelelő termékekről. A személyes konzultáció azonban sokat segített abban, hogy a lehetőségek tömegéből kiválasszuk a megfelelőt."

Emellett folyamatos párbeszéd folyt az egyes alkatrészek korlátairól és lehetőségeiről, valamint a lehetséges új fejlesztésekről. Ez utóbbi vonatkozott például a csúszófóliák területére. A jelenleg bemutatott "iglidur® E7" csúszófóliát kifejezetten lineáris mozgásokhoz fejlesztették ki. Különleges erőssége a magas élettartam és az alacsony kopási arány acélból, krómozott acélból és mindenféle rozsdamentes acélból készült tengelyen. Működési hőmérséklete -30 és + 80°C között mozog. A "E7" csúszófóliaként kapható 10 és 50 mm közötti átmérőkhöz, és a "drylin® R" sorozat valamennyi lineáris házával kombinálható.