Precyzyjna, stabilna przekładnia z drukarki 3D — ekonomiczne komponenty dla astrofotografii

Aplikacja w skrócie:
W astrofotografii różne ciała niebieskie są obrazowane przy użyciu długiego czasu naświetlania i zapisywane na odpowiednim nośniku. Każdy, kto kiedykolwiek zmieniał czas naświetlania w swoim aparacie cyfrowym lub telefonie komórkowym, wie, że zdjęcia wykonane z długim czasem naświetlania mogą być "rozmazane" przez minimalne zmiany. Ponieważ Ziemia obraca się wokół własnej osi, obrót ten stanowi również problem dla długich czasów naświetlania stosowanych w astrofotografii. Pan van Hove z vhw Digitalart opracował urządzenie, które kompensuje obrót Ziemi, aby móc przedstawić motywy na niebie w ich rzeczywistej formie. Wymagania dotyczące plastikowej przekład ni obejmowały obrót o 360 stopni w ciągu dokładnie 24 godzin, wystarczającą nośność dla kamery i obiektywu, a także wysoką stabilność i odporność na ścieranie poszczególnych elementów. Powinno być również możliwe ustawienie różnych prędkości obrotu, w zależności od tego, który obiekt ma być śledzony na niebie. Przekładnia i wszystkie wsporniki dla silnika i elektroniki zostały wyprodukowane przy użyciu druku 3D z tribofilamentu® iglidur® i150. Oprócz przewagi kosztowej komponentów drukowanych w 3D, wysoka odporność na ścieranie i przydatność do zastosowań obrotowych i wahadłowych wysokowydajnego tworzywa sztucznego igus® również odegrały ważną rolę w wyborze materiału i procesu produkcyjnego.

Obrót Ziemi musi być skompensowany, aby można było wykonywać długie ekspozycje przez kilka godzin. Urządzenie, które zapewnia, że obrazowane ciało niebieskie nie porusza się z perspektywy kamery i musi poruszać nim oraz obiektywem lub teleskopem, aby było stabilne. Obejmuje to precyzyjny i równomierny obrót. Kontroler i zamontowany na zewnątrz panel sterowania muszą również ustawiać różne prędkości obrotu, ponieważ czasy śledzenia różnią się w zależności od obiektu.

Pan van Hove ściśle współpracował z firmą igus®, aby znaleźć odpowiednie materiały dla swojego projektu. Nośność i precyzję gwarantuje łożysko przegubowe RL-D-20 o przełożeniu 1:38. Wysoka stabilność i odporność na ścieranie wydrukowanych w 3D kół zębatych i mocowań została osiągnięta dzięki trybologicznie zoptymalizowanemu filamentowi iglidur ® i150, ponieważ materiał ten jest szczególnie odpowiedni do zastosowań o niskich prędkościach ślizgowych. Przekładnia ma przełożenie redukcyjne 1:243. Tarcie wydrukowanej w 3D przekładni jest redukowane przez dwie podkładki oporowe między komponentami, zapewniając bezstratny obrót. Pan van Hove ocenia współpracę jako "bardzo dobrą, jak zwykle".

W astrofotografii ciała niebieskie, mgławice i inne obiekty na nocnym niebie są obrazowane w świetle widzialnym i zapisywane na różnych nośnikach. Kamera jest ustawiona na geograficznym biegunie północnym równolegle do osi Ziemi. Nachylenie kamery odpowiada szerokości geograficznej. Czas naświetlania takich zdjęć wynosi kilka godzin, dlatego kamera musi być dostosowana do dziennego obrotu Ziemi. W przeciwnym razie zamiast rzeczywistych kształtów obiektów widoczne będą jedynie linie. Odpowiednie urządzenie, tracker, kompensuje obrót Ziemi, jeśli prędkość obrotu odpowiada dokładnie jednemu obrotowi na dzień. Istnieją również różne prędkości obrotu w zależności od śledzonego obiektu. W przypadku gwiazd jeden obrót trwa 23 godziny, 56 minut i 4 sekundy. Księżyc wymaga czasu obrotu wynoszącego 24 godziny, 52 minuty i 28 sekund, podczas gdy Słońce wymaga dokładnie 24 godzin.

Urządzenie musi być w stanie utrzymać cały ciężar kamery i obiektywu lub teleskopu podczas obrotu o 360° w ciągu 24 godzin. W zależności od rozmiaru, modelu i wyposażenia może to być do 4 kg. Wysoka precyzja obrotu jest osiągana dzięki łożysku obrotowemu z redukcją biegów 1:38. Trwałość mechaniczna wynosząca co najmniej 1 000 000 cykli gwarantuje również długą żywotność całego systemu. Drukowane w 3D koło zębate o przełożeniu 1:243 zwiększa wytrzymałość i ma długą żywotność dzięki zastosowanym podkładkom oporowym i odpornemu na ścieranie tworzywu iglidur i150.

Zoptymalizowany trybologicznie filament iglidur i150 jest łatwy w obróbce i nadaje się do wszystkich drukarek 3D w procesie FDM. Oprócz wysokiej odporności na ścieranie przy niskich prędkościach poślizgu i dobrych właściwościach mechanicznych wysokowydajnego polimeru, iglidur i150 nadaje się również do kontaktu z żywnością zgodnie z rozporządzeniem UE 10/2011. Zintegrowane smary stałe zapewniają, że nie wymaga on konserwacji, a większość zastosowań korzysta z jego wytrzymałości i przyczepności warstwy.