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

• Co było potrzebne: przekładnia, która obraca urządzenie z aparatem i obiektywem o 360° w ciągu 24 godzin
• Metoda produkcji: Wytłaczanie filamentu (FDM)
• Wymagania: ekonomiczne, zróżnicowane, ale precyzyjne prędkości obrotowe, wysoka wytrzymałość urządzenia
• Materiał: iglidur I150
• Branża: Astrofotografia
• Sukces współpracy: Wysoka precyzja, wytrzymałość i odporność na ścieranie, niskie tarcie dzięki podkładkom oporowym

Mechanizm z przekładnią i zewnętrznym panelem sterowania musi zapewniać stabilny obrót lustrzanki i teleskopu.

Rzut okiem na zastosowanie:
W astrofotografii różne ciała niebieskie są obrazowane za pomocą długotrwałej ekspozycji, a ich zdjęcie przechowywane jest na odpowiednim nośniku. Każdy, kto kiedykolwiek zmienił czas naświetlania w aparacie cyfrowym lub w telefonie komórkowym, wie, że zdjęcia zrobione z długim czasem naświetlania mogą być rozmyte przy minimalnych zmianach. Ziemia obraca się wokół własnej osi i ta rotacja jest problemem dla długich czasów ekspozycji wymaganych w astrofotografii. Pan van Hove z vhw Digitalart opracował urządzenie, które kompensuje ruch obrotowy Ziemi w celu zobrazowania motywów na niebie w ich rzeczywistej postaci. Wymagania dla polimerowej przekładni to: obrót o 360 stopni dokładnie w ciągu 24 godzin, wystarczająca nośność, aby wesprzeć kamerę z obiektywem oraz wysoka stabilność poszczególnych elementów i odporność na ścieranie. Przekładnia musiała również ustawić różne prędkości w zależności od śledzonego ciała niebieskiego. Przekładnia oraz wszystkie uchwyty silnika i elektroniki zostały wyprodukowane dzięki drukowi 3D z wykorzystaniem trybofilamentu iglidur i150. Oprócz przewagi kosztowej komponentów wydrukowanych w 3D, kluczową rolę w doborze materiału i procesie produkcyjnym odegrała również wysoka odporność na ścieranie i przydatność tworzywa sztucznego firmy igus do zastosowań obrotowych oraz wahliwych.
 

Przykładowa zmiana zdjęcia po kompensacji obrotu Ziemi.

Problem

Rotacja Ziemi musi być skompensowana, aby można było wykonywać długie naświetlanie przez kilka godzin. Urządzenie, które zapewnia, że obrazowane ciało niebieskie nie porusza się z perspektywy aparatu i musi poruszać nim oraz obiektywem lub teleskopem tak, aby zapewnić stabilność. Obejmuje to precyzyjną i równomierną rotację. Sterownik i zewnętrzny panel sterowania muszą również ustawiać odmienne prędkości obrotowe, ponieważ czasy śledzenia różnią się w zależności od obiektu.
 

Rozwiązanie

Pan van Hove znalazł odpowiednie materiały do swojego projektu dzięki ścisłej współpracy z firmą igus. Łożysko wahliwe RL-D-20, z redukcją przełożenia 1:38, zapewnia nośność i precyzję. Wysoką wytrzymałość i odporność na ścieranie wydrukowanych w 3D kół zębatych i uchwytów osiągnięto dzięki trybologicznie zoptymalizowanemu trybofilamentowi iglidur i150. Materiał ten szczególnie nadaje się do zastosowań o niskich prędkościach ślizgowych. Przekładnia umożliwia redukcję przełożenia 1:243. Tarcie wydrukowanych w 3D kół zębatych jest zmniejszone, a rotację bez strat osiągnięto dzięki dwóm podkładkom oporowym między elementami. Pan van Hove mówi, że współpraca układa się „jak zwykle bardzo dobrze”.
 

Jak działa astrofotografia?

W astrofotografii ciała niebieskie, mgławice i inne obiekty na nocnym niebie są obrazowane w świetle widzialnym i przechowywane na różnych nośnikach. Kamera jest zorientowana na geograficzny biegun północny równoległy do osi Ziemi. Nachylenie kamery odpowiada szerokości geograficznej. Czas naświetlania takich zdjęć wynosi kilka godzin, dlatego aparat musi być dostosowany do dziennego obrotu Ziemi. W przeciwnym razie widoczne będą tylko linie zamiast rzeczywistych kształtów obiektów. Odpowiednie urządzenie — tracker — kompensuje obrót Ziemi, jeśli prędkość ta odpowiada dokładnie jednemu obrotowi dziennie. Istnieją również różne prędkości obrotowe w zależności od śledzonego obiektu. W przypadku gwiazd jeden obrót zajmuje 23 godziny, 56 minut i 4 sekundy. Księżyc wymaga czasu obrotu 24 godziny, 52 minuty i 28 sekund, podczas gdy słońce potrzebuje dokładnie 24 godzin.
 

Widoczne poniżej: koła zębate przekładni.

Wysoka precyzja pomimo dużej ładowności

Urządzenie musi wytrzymać cały ciężar aparatu i obiektywu lub teleskopu przy obrocie o 360° w ciągu 24 godzin. W zależności od rozmiaru, modelu i wyposażenia może to być do 4 kg. Wysoką precyzję obrotu osiągnięto dzięki łożysku wahliwemu z redukcją przełożenia 1:38. Żywotność mechaniczna wynosząca co najmniej 1 000 000 cykli gwarantuje również długą żywotność całego systemu. Koło zębate wydrukowane w 3D ze współczynnikiem redukcji 1:243 zwiększa wytrzymałość, a także ma długą żywotność dzięki zastosowanym podkładkom oporowym i odpornemu na ścieranie polimerowi iglidur I150.
 

Koła zębate i uchwyty silnika oraz elektroniki zostały wyprodukowane z trybofilamentu iglidur I150.

iglidur I150 — trybofilament o wielu zaletach

Trybologicznie zoptymalizowany 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 ślizgowych i dobrych właściwości mechanicznych wysokowydajnego polimeru, iglidur I150 jest odpowiedni również w przypadku kontaktu z żywnością — zgodnie z rozporządzeniem UE 10/2011. Zintegrowane smary stałe zapewniają, że jest bezobsługowy, a większość zastosowań korzysta z jego wytrzymałości i przyczepności warstw.
 

Szczegółowy opis: między innymi koła zębate wykonane z iglidur I150 i podkładki oporowe.