Od prototypu do produktu końcowego — gotowe do montażu łożyska kulkowe z drukarki 3D

• Co było potrzebne: Łożyska ślizgowe do układu kierowniczego w pojeździe wydrukowanym w 3D
• Metoda produkcji: Wytłaczanie filamentu (FDM)
• Wymagania: Mały nakład prac montażowych, wysoka wytrzymałość, wysoka odporność na ścieranie
• Materiał: iglidur I150
• Przemysł: Sektor motoryzacyjny
• Sukces współpracy: dobra jakość powierzchni, szybsza produkcja dzięki beznarzędziowemu drukowi 3D, więcej czasu na opracowanie, niewielki lub brak luzu łożyskowego

 
Rzut okiem na zastosowanie:
Firma Scaled 3D z Wielkiej Brytanii opracowała czterokołowy pojazd „Chameleon”, który składa się wyłącznie z komponentów wydrukowanych w 3D. W trakcie testów pojazdu konstrukcja układu kierowniczego wzbudziła negatywną emocje. Łożyska układu kierowniczego miały zbyt duży luz i wyjątkowo wysokie zużycie. Aby aplikacja pozostała w pełni wydrukowana w 3D, firma zaczęła szukać wytrzymałego, odpornego na zużycie materiału, który byłby bardziej odpowiedni dla punktów łożyskowania. Po różnych testach dużych i małych formatów wykorzystujących trybofilament iglidur I150, zespół projektantów w końcu zaprojektował pięcioczęściowe łożysko ślizgowe, które miało bardzo mały luz i było znacznie bardziej odporne na ścieranie niż łożyska wykonane z konwencjonalnego tworzywa sztucznego. Dzięki temu łożysko mogło nadal pochodzić w całości z drukarki 3D.
 

Projekt „Kameleon” brytyjskiej firmy Scaled 3D miał na celu opracowanie pojazdu pochodzącego całkowicie z drukarki 3D.

Problem

Układ kierowniczy pojazdu miał zbyt duży luz i szybko stał się nieprecyzyjny. Groziło to również szybkim zużyciem. Trzeba było więc wykonać łożyska kierownicy o znacznie mniejszym luzie, które pasowałyby do istniejącego kształtu reszty pojazdu. Głębokość łożyska ślizgowego miała nie przekraczać 20 mm. Dolne z dwóch łożysk musiało również mieć dzielony pierścień wewnętrzny, aby umożliwić montaż do kolumny kierownicy, która ma dwa zestawy śrub promieniowych na każdym końcu. Elementy musiały również mieć znacznie większą wytrzymałość niż wcześniej montowane łożyska wykonane ze standardowego PLA.
 

Rozwiązanie

Firma Scaled 3D znalazła idealny materiał do swojego projektu „Chameleon” — trybologicznie zoptymalizowany trybofilament iglidur I150-PF. Filament jest bardzo łatwy w obróbce za pośrednictwem drukarki wysokonakładowej i oferuje dobre właściwości mechaniczne pod względem wytrzymałości oraz przyczepności warstw w zastosowaniach ślizgowych. Łożysko zostało przekształcone w pięcioczęściowe łożysko kulkowe, które początkowo testowano jako prototyp. Podczas testów, pod obciążeniem mimośrodowym podczas obrotu, luz w łożysku był bardzo niewielki. Testy przeprowadzone już w fazie rozwoju były bardzo znaczące, ponieważ końcowe komponenty byłyby produkowane podczas tego samego procesu.
 

Projekt „Chameleon” — indywidualne zastosowanie o zrównoważonym rozwoju

Głównym celem brytyjskiego projektu „Chameleon” było opracowanie pojazdu, który pochodzi w całości z drukarki 3D. Ideą projektu było przejście z masowej produkcji do szybkiej, dostosowanej do potrzeb klienta produkcji. Jednocześnie beznarzędziowa produkcja addytywna miała umożliwić wykorzystanie materiałów pochodzących z recyklingu. Według Scaled 3D, w przyszłości będzie można wykorzystać materiał z recyklingu w pojazdach i konstrukcjach drukowanych w 3D. Jak dotąd zespołowi Chameleon udało się wykorzystać, do produkcji pierwszego prototypu z 2020, 30% materiału pochodzącego z recyklingu. Szybkość z jaką można drukować części w 3D, jest szczególnie korzystna dla tego projektu: maksymalnie 83 minuty czasu drukowania dużej części (1,375 kg) oznacza, że części te można było narysować, wydrukować i przetestować tego samego dnia. Ogromna przewaga prędkości nad takimi procesami jak frezowanie i formowanie wtryskowe miała bardzo pozytywny wpływ na swobodę podczas opracowywania pojazdu, co było wspierane przez wolność projektowania geometrii części.
 

Łożyska układu kierowniczego również pochodzą z drukarki wielkoformatowej

Droga do właściwych łożysk

Aby uzyskać przegląd właściwości trybologicznych trybofilamentu iglidur I150, firma najpierw przetestowała komponenty o małym formacie. Najpierw wydrukowano zagnieżdżone cylindry, których nieobrobione powierzchnie były już bardzo dobrej jakości w porównaniu z innymi materiałami. Części zostały następnie wydrukowane w dużym formacie, a ich dobra jakość powierzchni była jedną z imponujących cech. Łożysko kulkowe, które miało być wymienione zostało następnie wydrukowane z iglidur I150. Tory I150 i koszyk łożyska kulkowego okazały się dobrymi partnerami ślizgowymi do pracy z niskim tarciem. W końcu powstało pięcioczęściowe łożysko kulkowe.
 

Prototyp łożyska kulkowego: po lewej konwencjonalny polimer, po prawej iglidur I150

Wszechstronny wśród trybofilamentów igus — iglidur I150

Podczas testów łożyska kulkowego iglidur I150 luz, pod obciążeniem mimośrodowym podczas obrotu, był bardzo mały. Następnie opracowano system podwójnego łożyska, aby pasował do układu kierowniczego Chameleon. Według Scaled 3D jakość wydruku łożysk iglidur I150 jest porównywalna z jakością ASA i znacznie lepsza niż konwencjonalnego PLA. Pomimo wysokości warstwy 1 mm, wykończenie powierzchni było bardzo dobre. Oprócz dobrej jakości komponentów firma jest również zadowolona z prostego montażu części. Trybofilament jest odpowiedni zarówno do małych zastosowań, jak i projektów z drukarką wielkoformatową. Ma dobre właściwości mechaniczne i dlatego nadaje się do większości zastosowań oraz drukarek 3D. iglidur I150 jest również odpowiedni do zastosowań w przemyśle spożywczym i opakowaniowym zgodnie z rozporządzeniem UE 10/2011.
 

Trybofilament iglidur I150 może być używany ze wszystkimi drukarkami 3D.