Technologia w górę, koszty w dół — obniżenie kosztów jednostkowych i dłuższa żywotność łożysk ślizgowych dzięki drukowaniu 3D i technologii print2mold

• Co było potrzebne: łożyska ślizgowe o specjalnej geometrii
• Metoda produkcji: Selektywne spiekanie laserowe i print2mold
• Wymagania: Dobre właściwości ślizgowe z aluminium jako materiałem współpracującym, wysoka odporność na ścieranie przy dużych prędkościach, złożona geometria
• Materiał: iglidur i3 (spiekanie laserowe) i iglidur J2 (p2m)
• Przemysł: Zakłady segregacji odpadów
• Sukces współpracy: Długa żywotność przy wysokim obciążeniu, znacznie obniżone koszty jednostkowe, duża swoboda projektowania

 
Rzut okiem na zastosowanie:
ZenRobotics, fińska firma, produkuje przemysłowe, sterowane sztuczną inteligencją instalacje do segregacji odpadów, które zapewniają automatyczną, wysokiej jakości, szybką i bezpieczną rozdzielanie odpadów na całym świecie. W zależności od środowiska, warunki dla roślin są bardzo trudne. Kurz i inne niespodzianki znajdujące się w odpadach są na porządku dziennym. Mimo tych okoliczności zakłady muszą być w stanie szybko i niezawodnie segregować odpady. W przypadku nowego systemu „FastPicker” poszukiwano łożysk ślizgowych, które mogłyby wytrzymać duże siły skręcające występujące podczas przyspieszania osiowego. Aby zapobiec rotacji twórcy wpadli na pomysł wydrukowanych w 3D łożysk ślizgowych umieszczonych na aluminiowych osiach z rowkowanym profilem. Łożyska ślizgowe mogą wytrzymać prędkości liniowe 3 m/s z przyspieszeniami promieniowymi i osiowymi. Duża swoboda projektowania w druku 3D umożliwiła dostosowanie geometrii łożysk ślizgowych do rowkowanej osi aluminiowej. W kolejnym kroku, narzędzia do formowania wtryskowego zostały wyprodukowane addytywnie z wykorzystaniem tak zwanego szybkiego wytwarzania narzędzi, aby wykorzystać różnorodność materiałów do formowania wtryskowego.
 

FastPicker w użyciu. System segregacji odpadów automatycznie rozdziela odpady wykorzystując sztuczną inteligencję.

Problem

Podczas fazy testowej nowego systemu segregacji odpadów „FastPicker” firmy ZenRobotics z Finlandii, szybko stało się jasne, że klasyczne łożyska ślizgowe nie są w stanie wytrzymać sił skręcających podczas przyspieszania osiowego, jeśli środek masy nie znajduje się na środku ruchomej osi. Obrót powinien być początkowo zatrzymany przez elementy hamujące. Szybko jednak zawiodły z powodu wysokiego obciążenia. Oprócz elementów hamujących po raz pierwszy zastosowano standardowe łożyska ślizgowe z asortymentu igus, aby wytrzymać przyspieszenie promieniowe i osiowe.
 

Rozwiązanie

Ostatecznie zastosowano łożyska ślizgowe igus o specjalnej geometrii. Zostały one najpierw wykonane z wysokowydajnego tworzywa sztucznego iglidur i3 przy użyciu procesu spiekania laserowego, aby dopasować się do rowkowanej osi aluminiowej, a tym samym zatrzymać obrót. Następnie firma przeszła na szybkie wytwarzanie narzędzi, aby móc wykorzystać różnorodność materiałów dostępnych w procesie formowania wtryskowego. Dzięki szybkiemu wytwarzaniu narzędzi lub procesowi print2mold można również osiągnąć redukcję kosztów sięgającą nawet 80%. Wykonanie elementów ślizgowych z formy wtryskowej może być gotowe w ciągu kilku dni i będzie możliwa do natychmiastowego użycia. Swoboda projektowania, jaką daje drukowanie 3D, uczyniła go idealnym dla specjalnej geometrii łożysk ślizgowych.

Informacje o prototypach i małych ilościach

Druk 3D i print2mold mają jedną wspólną cechę: przynoszą zyski z produkcji niewielkich ilości. Produkcja elementów za pomocą narzędzi do formowania wtryskowego wykonywanych maszynowo jest opłacalna tylko przy ilości ponad 10 000 elementów. Szczególnie druk 3D może przekonać w fazie testowej aplikacji swoją wysoką szybkością produkcji i natychmiastową gotowością do użycia wytworzonych elementów. W zależności od komponentu są one gotowe do wysyłki w ciągu 1 do 3 dni i można je zamówić — w prosty sposób — z poziomu usługi drukowania 3D online. ZenRobotics zastosował również w pierwszym prototypie łożyska ślizgowe wydrukowane w 3D dla aluminiowej osi o rowkowanym profilu. Następnie firma wybrała proces print2mold, w którym elementy są produkowane za pomocą formy wtryskowej, wytwarzanej za pomocą druku 3D. Decydującym czynnikiem była różnorodność dostępnych materiałów i niskie koszty jednostkowe związane z formowaniem wtryskowym. Ostateczne łożyska ślizgowe zostały wykonane z iglidur J2. W tym przypadku komponenty wykonane w procesie print2mold kosztują tylko jedną dziesiątą tego stworzonego za pośrednictwem spiekania laserowego (ok. 49 €/szt.) ok. 5 €/szt., a od 100 sztuk koszt samego narzędzia zwrócił się. Twarde tworzywo sztuczne ma dobre właściwości mechaniczne, jest ekonomiczne i posiada dobrą odporność na media. Ponadto zintegrowane smary stałe sprawiają, że zewnętrzne smarowanie łożysk ślizgowych jest zbędne.

Rowkowana oś aluminiowa zapobiega obrotowi dzięki geometrii łożysk ślizgowych.

Szybkie wytwarzanie części z drukowanych narzędzi — igus print2mold

Gdy liczy się szybkość, druk 3D jest rozwiązaniem do produkcji formy wtryskowej. W zależności od geometrii drukowanie trwa od 12 do 24 godz., a narzędzie jest natychmiastowo gotowe do użycia. Proces print2mold znany jako Rapid Tooling umożliwia opłacalną produkcję zaawansowanych prototypów i małych ilości. Jest bardziej opłacalny w ilościach do 10 000 (brak minimalnej ilości) niż formy wtryskowe produkowane maszynowo. Części odporne na zużycie mogą być produkowane z redukcją kosztów sięgającą nawet 80%. Jakość części formowanych wtryskowo print2mold jest taka sama jak w przypadku konwencjonalnego procesu formowania wtryskowego. Procesy prototypowania można znacznie przyspieszyć dzięki procesowi print2mold, a różnorodność materiałów, która istnieje przy regularnym formowaniu wtryskowym, również zostaje zachowana.
 

Proces produkcji — od projektu do gotowego komponentu z formy wtryskowej w procedurze print2mold.