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 z filamentu (FDM)
• Wymagania: niski prześwit, wysoka wytrzymałość, wysoka odporność na ścieranie
• Materiał: iglidur i150
• Branża: Przemysł motoryzacyjny
• Sukces dzięki współpracy: Dobra jakość powierzchni, szybsza produkcja dzięki beznarzędziowemu drukowi 3D, więcej czasu na rozwój, niewielki lub zerowy luz łożyska

Aplikacja w skrócie:
W swoim projekcie "Chameleon", brytyjska firma Scaled 3D opracowała czterokołowy pojazd wykonany wyłącznie z komponentów drukowanych w 3D. Podczas testów pojazdu, projekt układu kierowniczego przyciągnął negatywną uwagę. Łożyska układu kierowniczego miały zbyt duży luz i ulegały dużemu zużyciu. Aby aplikacja mogła pozostać w pełni wydrukowana w 3D, firma zaczęła szukać wytrzymałego, odpornego na zużycie materiału, który byłby bardziej odpowiedni dla punktów łożyskowych. Po różnych testach w dużych i małych formatach z użyciem trybofilamentu iglidur i150, zespół programistów zaprojektował w końcu pięcioczęściowe łożysko ślizgowe, które miało bardzo mały luz i było znacznie bardziej odporne na ścieranie niż łożyska wykonane z konwencjonalnego tworzywa sztucznego. Umożliwiło to spełnienie warunku, aby łożysko nadal pochodziło z drukarki 3D.

Układ kierowniczy pojazdu miał zbyt duży luz i szybko stał się nieprecyzyjny. Istniało również ryzyko jego szybkiego zużycia. Należało więc wykonać łożyska układu kierowniczego o znacznie mniejszym luzie, które pasowałyby do istniejącego kształtu reszty pojazdu. Głębokość łożyska ślizgowego nie mogła przekraczać 20 mm. Dolne z dwóch łożysk musiało mieć również dzielony pierścień wewnętrzny, aby umożliwić montaż z kolumną kierownicy, która ma dwa zestawy śrub promieniowych na każdym końcu. Komponenty musiały również charakteryzować się znacznie większą wytrzymałością niż poprzednio zamontowane łożyska wykonane ze standardowego PLA.

Firma Scaled 3D znalazła idealny materiał dla swojego projektu "Chameleon" w tribologicznie zoptymalizowanym tribofilamencie iglidur i150-PF. Filament ten jest bardzo łatwy w obróbce w drukarkach wielkogabarytowych i oferuje dobre właściwości mechaniczne pod względem wytrzymałości, ciągliwości i przyczepności warstw w zastosowaniach ślizgowych. Łożysko zostało przekształcone w pięcioczęściowe łożysko kulkowe, które początkowo przetestowano jako prototyp. Podczas testów luz w łożysku był bardzo niski przy obciążeniach mimośrodowych podczas obrotu. Testy w fazie rozwojowej były już bardzo znaczące, ponieważ końcowe komponenty będą produkowane w tym samym procesie.

Głównym celem projektu "Chameleon" z Wielkiej Brytanii było opracowanie pojazdu pochodzącego w całości z drukarki 3D. Ideą projektu było przejście z produkcji masowej na szybką produkcję dostosowaną do potrzeb klienta. Jednocześnie beznarzędziowa produkcja addytywna miała pozwolić na wykorzystanie materiałów pochodzących z recyklingu. Według Scaled 3D, w przyszłości możliwe będzie wykorzystanie materiałów pochodzących w 100% z recyklingu w drukowanych w 3D pojazdach i konstrukcjach. Jak dotąd zespołowi Chameleon udało się pracować z materiałem pochodzącym w 30% z recyklingu w pierwszym prototypie z 2020 roku. Szybkość, z jaką części mogą być drukowane w 3D, jest szczególnie korzystna dla tego projektu: maksymalny czas drukowania 83 minut dla dużej części (1,375 kg) oznaczał, że części te można było narysować, wydrukować i przetestować tego samego dnia. Ogromna przewaga szybkości nad takimi procesami jak frezowanie i formowanie wtryskowe miała bardzo pozytywny wpływ na swobodę rozwoju pojazdu, która była wspierana przez swobodę projektowania geometrii części.

Aby uzyskać przegląd właściwości tribologicznych tribofilamentu iglidur i150, firma najpierw przetestowała komponenty w małym formacie. Najpierw wydrukowano zagnieżdżone cylindry, których nieobrobione powierzchnie były już bardzo dobrej jakości w porównaniu do innych materiałów. Części zostały następnie wydrukowane w dużym formacie, a ich dobra jakość powierzchni była jedną z ich imponujących cech. Łożysko kulkowe, które miało zostać wymienione, zostało ponownie wydrukowane z materiału iglidur i150. Wyścigi I150 i koszyk łożyska kulkowego okazały się dobrymi partnerami ślizgowymi do pracy z niskim tarciem. Ostatecznie powstało pięcioczęściowe łożysko kulkowe.

Podczas testów łożyska kulkowego iglidur i150 luz był bardzo niski przy obciążeniach mimośrodowych podczas obrotu. Następnie opracowano system podwójnego łożyska, który pasował do układu kierowniczego Chameleon. Według Scaled 3D, jakość druku łożysk iglidur i150 jest porównywalna z ASA i znacznie lepsza niż konwencjonalnego PLA. Pomimo wysokości warstwy wynoszącej 1 mm, wykończenie powierzchni było bardzo dobre. Oprócz dobrej jakości komponentów, firma jest również zadowolona z łatwego montażu części. Tribofilament nadaje się zarówno do małych zastosowań, jak i projektów z drukarkami wielkogabarytowymi. Ma dobre właściwości mechaniczne i dlatego nadaje się do większości zastosowań i drukarek 3D. iglidur i150 jest również zgodny z wymogami żywności zgodnie z rozporządzeniem UE 10/2011 i nadaje się do zastosowań w przemyśle spożywczym i opakowaniowym.