Zdumiewająco dobra jakość wydrukowanych w 3D części zamiennych do zabytkowych samochodów

• Co było potrzebne: Wymiana przekładni ślimakowej w prędkościomierzu w zabytkowym samochodzie
• Metoda produkcji: Selektywne spiekanie laserowe z proszkiem SLS
• Wymagania: Trwałość, precyzja, niska cena
• Materiał: iglidur i6
• Branża: Motoryzacja
• Sukces współpracy: Doskonała precyzja; brak ścierania; szybka, opłacalna produkcja; brak smarowania

Rzut okiem na zastosowanie:
Znalezienie części zamiennych do samochodów zabytkowych jest zwykle trudne — jeśli nie niemożliwe. Jest to znany problem i szczególnie trudny w przypadku egzotycznych pojazdów i rzadkich modeli. Dr Jörg Pühler, właściciel Stanleya 750B z 1924 roku, szukał części zamiennej do licznika kilometrów w swoim prędkościomierzu.
Oryginalna część została całkowicie zniszczona z powodu zużycia i prac wykonanych przy samochodzie przez poprzedniego właściciela. Usługa druku 3D online firmy igus zapewniła rozwiązanie: potrzebny wał z przekładnią ślimakową i zębatą został wydrukowany opłacalnie i w krótkim czasie, przy użyciu odpornego na ścieranie polimeru do spiekania laserowego iglidur i6.
 

Porównanie metalowej przekładni ślimakowej (stara) i wydrukowanej w 3D wykonanej z polimeru iglidur I6 (nowa). Źródło: Dr Jörg Pühler

Problem

 W prędkościomierzu Stewart Warner, koło zębate na pierwszym wałku pośrednim, które zazębia się ze ślimakiem na wałku wejściowym, nie było już sprawne.  Sworzeń nie był już połączony z przekładnią ślimakową. Ze względu na prace wykonane na prędkościomierzu przez poprzedniego właściciela, niemożliwe było ustalenie prawidłowych wymiarów. Wyprodukowanie części zamiennej wymagało kilku prób i materiału, który był stabilny, umożliwiał wysoką precyzję i nadawał się do ciągłego użytku.  

Rozwiązanie

Dzięki usłudze druku 3D firmy igus, wykonano w pełni funkcjonalną część zamienną z materiału iglidur I6. Dzięki szybkiej i ekonomicznej produkcji metodą spiekania laserowego, właściciel zabytkowego samochodu mógł bez problemu przetestować w praktyce kilka wariantów tego elementu. Dzięki zastosowaniu wysokowydajnego polimeru z wbudowanymi smarami stałymi, element jest bezsmarowy. Nawet po przebyciu ponad 2000 mil nie widać żadnych śladów zużycia.  

Co spowodowało zużycie przekładni ślimakowej w prędkościomierzu?

Prędkościomierz w zabytkowym samochodzie Stanley 750B z 1924 roku przestał działać - licznik przebiegu był uszkodzony. Właściciel stwierdził, że przyczyną usterki było koło zębate, które znajdowało się na pierwszym wałku pośrednim i zazębiało się ze ślimakiem na wałku wejściowym. Z powodu zużycia, zębatka przestawała się łączyć ze ślimakiem.
 
Problem powodował trzyczęściowy mechanizm licznika przebiegu: tarcze miały luz osiowy około 0,2 mm i nie było podkładki sprężynującej dociskającej tarcze do siebie. Zdarzało się, że między tarcze wsuwało się małe koło zębate i blokowało mechanizm liczący. Lekko wygięta, mosiężna podkładka o grubości 0,1 mm, zamontowana z boku, wyeliminowała luz osiowy, dzięki czemu nie dochodziło już do blokowania.

Dla prędkościomierza Stewarta Warnera, Chicago, typ M-9 , początkowo nie było możliwości zakupu części zamiennej. Źródło: Dr Jörg Pühler

Kilka prób uzyskania działającej części zamiennej

Po usunięciu przyczyny usterki można było przystąpić do produkcji części zamiennej. Z pomocą oprogramowania FreeCAD, dr Pühler zdołał stworzyć plik CAD z modelem 3D potrzebnego komponentu. Pierwsze zamówienie za pośrednictwem usługi druku 3D firmy igus zostało zrealizowane bez komplikacji, a gotową część zamienną otrzymaliśmy już po kilku dniach. 
 
Materiał był stabilny i nawet najmniejsze szczegóły zostały odwzorowane perfekcyjnie. Wał natychmiast znalazł się w łożyskach, a przekładnia ślimakowa dla wyjścia została dokładnie dopasowana. Okazało się jednak, że oryginalna zębatka była tak zużyta, że szacunkowe wymiary koła zębatego były zbyt małe.  

Uszkodzenia oryginalnego elementu były tak duże, że nie można było nawet prawidłowo określić jego wymiarów. Źródło: Dr Jörg Pühler

Test wydrukowanej w 3D części zamiennej: czy przejdzie test wytrzymałościowy?

Tylko jeden parametr w modelu CAD musiał zostać zmieniony, po czym druga wersja została szybko wysłana do druku.  Drugi egzemplarz również działał całkiem dobrze i przeszedł krótki test wytrzymałościowy. Ponieważ jednak zaczął on wykazywać lekkie zakłócenia w działaniu przy niskich obrotach, konieczne było wykonanie trzeciej wersji z dostosowanym modułem przekładni zębatej i kątem pochylenia spirali. Trzecia próbka działała bez zarzutu i zazębiała się prawidłowo.
 
Dużą zaletą produkcji addytywnej jest to, że zmiany mogą być wprowadzane szybko i przy niewielkim wysiłku. Dostosowanie modelu cyfrowego, a także wygodny proces zamawiania online i szybka produkcja umożliwiają sprawne i ekonomiczne wdrożenie adaptacji prototypów i części zamiennych.
 
Trudnością w produkcji części zamiennych za pomocą druku 3D jest często stworzenie odpowiedniego modelu 3D. W Internecie można znaleźć wiele poradników i darmowych narzędzi online do tworzenia modeli CAD. Na stronie internetowej igus znajduje się również kilka bezpłatnych konfiguratorów CAD, z których niedoświadczeni użytkownicy mogą korzystać między innymi dla kół zębatych, łożysk i trapezowych nakrętek śruby pociągowej. Osoby, które nie chcą wykonywać tej pracy samodzielnie, mogą znaleźć pomoc przy projektowaniu drukowanych w 3D części zamiennych na stronach internetowych warsztatów dla amatorów i innych inicjatyw naprawczych.  

Stanowisko badawcze - test drukowanej w 3D przekładni ślimakowej z iglidur I6. Źródło: Dr Jörg Pühler

Zdumiewająco dobra jakość wydrukowanych w 3D części zamiennych do zabytkowych samochodów

Po dokładnym przetestowaniu wału na stanowisku badawczym, został on zamontowany w prędkościomierzu, który z kolei został ponownie umieszczony w zabytkowym samochodzie. Istotną zaletą iglidur 6 są stałe środki smarne zawarte w polimerze, ponieważ dzięki nim użytkownik może uniknąć konieczności smarowania elementów - nawet jeśli część współpracująca jest wykonana z metalu.  
 
Po przejechaniu ponad 2000 mil wydrukowana przekładnia ślimakowa jest nadal w dobrym stanie i nie widać na niej żadnych śladów zużycia. Widoczne na zdjęciu niewielkie ślady ścierania metalu pochodzą z przekładni ślimakowej napędu i powstały w początkowej fazie testu, ale nie zmieniły się zauważalnie podczas dalszego użytkowania.

Nawet po przejechaniu 2000 mil przekładnia ślimakowa nie wykazuje śladów zużycia. Źródło: Dr Jörg Pühler