Delikatne części dla perfekcyjnej harmonii - szybko drukowane i dostarczane

• Co było potrzebne: Komponenty do kołnierza młotka fortepianowego
• Metoda produkcji: Selektywne spiekanie laserowe z proszkiem SLS
• Wymagania: Części o niskim współczynniku tarcia, odporne na zużycie, dokładnie dopasowane
• Materiał: iglidur i3
• Przemysł: Muzyczny
• Sukces współpracy: Ekonomiczna produkcja niestandardowych części funkcjonalnych, zwiększona odporność na wilgoć i temperaturę, trwałość

Rzut okiem na zastosowanie:
Kiedy pianina konstruowane są tradycyjnie, większość ich części wykonana jest z drewna. Aby przeciwdziałać podatności drewna na zmiany wilgotności lub temperatury powietrza, firma Phoenix Pianos, kierowana przez Richarda Daina, opracowała system młotków D3D. Przerobiony mechanizm młotkowy, który odpowiada za generowanie dźwięku, wykonany jest niemal wyłącznie z włókna węglowego i polimeru. Zoptymalizowany trybologicznie, wysokowydajny polimer iglidur i3 został zastosowany do ruchomych i stałych części kołnierza młotka. Spiekane laserowo młotki umożliwiają precyzyjne odtworzenie oryginalnych części, poprawiają właściwości akustyczne, wydłużają żywotność oraz zmniejszają koszty i wysiłek związany z konserwacją.

 

Kołnierze młotków wykonane z iglidur I3 z metalowym sworzniem

Problem

Drewno jest materiałem konstrukcyjnym, który od wieków zajmuje centralne miejsce w tradycyjnej budowie fortepianów. Mechanizm młoteczkowy służący do uderzania w struny fortepianu wymaga szczególnie dużej precyzji, a co za tym idzie dużego nakładu związanego z konserwacją. Podatność drewna na działanie wysokiej temperatury i wilgotności jest jednym z wielu powodów, dla których szef brytyjskiej firmy Phoenix Pianos szukał bardziej odpornej alternatywy. Jednak wszelkie alternatywne materiały muszą spełniać istniejące wymagania dotyczące delikatnych części, które są precyzyjnie dopasowane do mechanizmu i działają z niewielkim tarciem. Części są również narażone na wiele uderzeń w klawisze, co powoduje ich zużycie.

Rozwiązanie

Dla kołnierza młotka, który składa się z części ruchomej i części, która jest przymocowana do fortepianu, firma igus stworzyła prototyp przy użyciu procedur addytywnych. Zamiast drewna do produkcji części użyto iglidur I3. Jest to odporny na zużycie polimer spiekany laserowo o zoptymalizowanych właściwościach ślizgowych, spełniający wymagania dotyczące temperatury i wilgotności obowiązujące przy budowaniu fortepianów. Jednocześnie druk 3D pozwala na szybką produkcję identycznych części. Regularna, ponowna regulacja w celu uniknięcia niezamierzonych nut może być zredukowana do minimum. Kolor iglidur I3, przypominający kość słoniową, dopełnia części funkcjonalne i sprawia, że fakt zastosowania tworzywa sztucznego przy budowie klasycznych fortepianów nie rzuca się w oczy.

Tradycyjna budowa fortepianu, nowoczesne komponenty

Mechanizm, za pomocą którego pianista tworzy dźwięk na fortepianie, jest w zasadzie prosty. We wnętrzu fortepianu na każdy klawisz przypada jedna struna. Każde naciśnięcie klawisza fortepianu uruchamia mechanizm, który powoduje, że młoteczek przymocowany do trzonka uderza w odpowiednią strunę. Przy tradycyjnej budowie fortepianów, materiałem stosowanym na części stałe tego mechanizmu młoteczkowego jest grab. Jednak drewno jest wrażliwe na zmiany temperatury i wilgotności, a to wpływa na brzmienie fortepianu. Pianino musi być zatem regularnie strojone i konserwowane. Dla Richarda Daina, który kieruje Phoenix Pianos, był to dobry powód do przerobienia mechanizmu młoteczkowego. Jako inżynier i pianista amator, postawił sobie za cel zastąpienie delikatnych drewnianych części bardziej wytrzymałymi materiałami bez utraty jakości dźwięku. Zastąpił on trzon mechanizmu młota, złożoną tkaniną z włókna węglowego, która jest bardzo wytrzymała, a jednocześnie lekka. Jednolitość i niewielka masa umożliwiają pierwszorzędną, odporną na warunki klimatyczne pracę. W przypadku pozostałych części kołnierza młota, który składa się z elementu stałego i ruchomego, Dain współpracował z zespołem druku 3D firmy igus GmbH.

Duży wybór materiałów w firmie igus

Współpraca Richarda Daina z zespołem druku 3D firmy igus GmbH zaowocowała powstaniem systemu młotków D3D, w którym każda, drewniana część została zastąpiona polimerową. Spiekanie laserowe pozwoliło na szybkie stworzenie i przetestowanie prototypu kołnierza młota. Zaletą tej procedury jest poziom szczegółowości kształtu drukowanych elementów. Dain szybko zdecydował się na iglidur I3, polimer opracowany specjalnie do spiekania laserowego. Nowe elementy mechanizmu młotkowego iglidur są szczególnie odporne na zużycie i gwarantują trwałą, niezmienną sprawność mechaniczną. Elementy kołnierza są połączone z metalowym trzpieniem, który w połączeniu z polimerami iglidur wykazuje szczególnie niski współczynnik tarcia.
 
System udowodnił swoją skuteczność również w praktycznym teście: pianiści porównują tę zmianę do przesiadki z Forda Model T do Ferrari. Po wstępnym zapoznaniu się z instrumentem, są oni w stanie grać lepiej przy mniejszym wysiłku i nawiązać zupełnie nową relację z instrumentem.  

iglidur I3 - innowacyjny polimer drukowany w 3D dla sprawdzonej mechaniki

Spiekany laserowo materiał iglidur I3 zapewniał spełnienie, a nawet przekroczenie wymagań stawianych nowemu kołnierzowi młota. Wysoka odporność polimeru na zużycie została zaprojektowana właśnie z myślą o zastosowaniach ślizgowych, a stabilność materiału sprawia, że elementy są trwałe. Części są również idealnie dopasowane i mają do 50 razy większą odporność na zużycie niż inne tworzywa sztuczne, zapewniając stały ruch mechaniczny nawet po tysiącach uderzeń.
 
iglidur I3 wykazuje dużą wytrzymałość i odporność na zmiany wilgotności oraz temperatury, a Dain twierdzi, że może przetrwać dłużej niż fortepian, w którym jest zamontowany. Ponieważ polimery iglidur są wzbogacone o smary stałe, wykonane z nich elementy pracują na sucho i nie wymagają smarowania ani konserwacji. Również kolor materiału, przypominający kość słoniową, sprzyja ogólnej estetyce mechanizmu młotkowego.
 
Produkcja części na zamówienie, wykonanych z iglidur I3 trwa tylko jeden do trzech dni i jest ekonomiczna nawet w przypadku pojedynczego egzemplarza, ponieważ nie ma kosztów narzędzi ani przeróbek. Zamówienie jest szybkie i proste dzięki usłudze druku 3D online: model 3D potrzebnej części może być przesłany przez okno przeglądarki jako plik STEP. Model, cena i widełki cenowe dla każdego materiału oraz czas produkcji są natychmiast wyświetlane. Możliwości produkcyjne komponentu w wybranym procesie są natychmiast sprawdzane jednocześnie wyświetlając potencjalne problemy. Wydrukowane części mogą być wygładzane, barwione lub obrabiane mechanicznie, w zależności od potrzeb.  

Richard Dain, Dyrektor Phoenix Pianos