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

• Co było potrzebne: Łożysko ślizgowe o specjalnej geometrii
• Proces produkcji: Selektywne spiekanie laserowe & print2mold
• Wymagania: Dobre właściwości ślizgowe ze współpracującym aluminium, wysoka odporność na ścieranie przy dużych prędkościach, złożona geometria
• Materiał: iglidur i3 (SLS) & iglidur J2 (p2m)
• Przemysł: Zakłady segregacji odpadów
• Sukces dzięki współpracy: Wysoka żywotność przy dużym obciążeniu, znacznie obniżone koszty jednostkowe, duża swoboda projektowania

Aplikacja w skrócie:
Fińska firma ZenRobotics produkuje przemysłowe, sterowane sztuczną inteligencją systemy segregacji odpadów, które zapewniają automatyczną, wysokiej jakości, szybką i bezpieczną segregację odpadów na całym świecie. W zależności od środowiska, warunki pracy systemów są bardzo trudne - pył i inne ciekawe niespodzianki w odpadach są na porządku dziennym. Pomimo tych warunków, systemy muszą być w stanie szybko i niezawodnie segregować odpady. Dla nowego systemu "FastPicker" poszukiwano łożysk ślizgowych, które mogłyby wytrzymać duże siły skręcające powstające podczas przyspieszenia osiowego. Twórcy opracowali drukowane w 3D łożyska ślizgowe, które są montowane na aluminiowych osiach z rowkowanym profilem, aby zapobiec obracaniu się. Łożyska ślizgowe mogą wytrzymać prędkości liniowe rzędu 3 m/s z przyspieszeniami promieniowymi i osiowymi. Dzięki dużej swobodzie projektowania w druku 3D możliwe było dostosowanie geometrii łożysk ślizgowych do rowkowanej osi aluminiowej. Kolejny krok obejmował produkcję addytywną w tak zwanym narzędziu do formowania wtryskowego Rapid Tooling, aby móc wykorzystać różnorodność materiałową formowania wtryskowego.

Podczas fazy testowej nowego systemu sortowania odpadów "FastPicker" firmy ZenRobotics w Finlandii szybko stało się jasne, że klasyczne łożyska ślizgowe nie są w stanie wytrzymać sił skręcających podczas przyspieszenia osiowego, jeśli środek masy nie znajduje się w środku ruchomej osi. Początkowo obrót miał być zatrzymywany przez elementy ograniczające. Te jednak szybko zawiodły z powodu dużego obciążenia. Oprócz elementów zatrzymujących, początkowo zastosowano standardowe łożyska ślizgowe z asortymentu igus, aby wytrzymać przyspieszenie promieniowe i osiowe.

Ostatecznie zastosowano łożyska ślizgowe igus o specjalnej geometrii. Zostały one najpierw wykonane z wysokowydajnego tworzywa sztucznego iglidur i3 przy użyciu procesu spiekania laserowego w celu dopasowania do rowkowanej osi aluminiowej, a tym samym zatrzymania obrotu. Następnie firma przeszła na Rapid Tooling, aby wykorzystać różnorodność materiałową procesu formowania wtryskowego. Proces Rapid Tooling lub print2mold może również obniżyć koszty nawet o 80%. Forma do formowania wtryskowego może zostać wyprodukowana w ciągu kilku dni i jest natychmiast gotowa do użycia. Swoboda projektowania, jaką oferuje druk 3D, sprawia, że jest to idealne rozwiązanie dla łożysk ślizgowych o specjalnej geometrii.

Druk 3D i print2mold mają jedną wspólną cechę: są opłacalne od niewielkiej liczby sztuk. Produkcja komponentów za pomocą maszynowych narzędzi do formowania wtryskowego jest opłacalna pod względem ceny dopiero od ilości ponad 10 000 komponentów. W fazie testowej zastosowań, druk 3D w szczególności może imponować wysoką prędkością produkcji i natychmiastową gotowością do użycia. W zależności od komponentu, jest on gotowy do wysyłki w ciągu 1 do 3 dni i można go łatwo zamówić w internetowym serwisie druku 3D. ZenRobotics wykorzystała również łożyska wydrukowane w 3D do wstępnego prototypu aluminiowej osi z rowkowanym profilem. Następnie firma wybrała proces print2mold, w którym narzędzie do formowania wtryskowego jest produkowane przy użyciu druku 3D. Decydującymi czynnikami były różnorodność materiałów i niskie koszty jednostkowe związane z formowaniem wtryskowym. Ostateczne łożyska zostały wykonane z materiału iglidur J2. W tym przypadku komponent print2mold kosztował tylko jedną dziesiątą komponentu SLS (około 49 €/szt.) przy około 5 €/szt. a forma zwróciła się już po 100 sztukach. Wytrzymałe tworzywo sztuczne ma dobre specyfikacje mechaniczne, jest opłacalne i ma dobrą odporność na media. Ponadto zintegrowane smary stałe sprawiają, że zewnętrzne smarowanie łożysk ślizgowych jest zbędne.

Gdy liczy się szybkość, druk 3D jest najlepszym rozwiązaniem do produkcji form wtryskowych. W zależności od geometrii, drukowanie trwa około 12-24 godzin, a narzędzie jest gotowe do użycia natychmiast po jego zakończeniu. Proces print2mold znany jako Rapid Tooling umożliwia ekonomiczną produkcję zaawansowanych prototypów i małych ilości. Jest on bardziej opłacalny w ilościach do 10 000 (bez minimalnej ilości) niż mechaniczne formy wtryskowe. Części odporne na zużycie mogą być produkowane przy redukcji kosztów nawet o 80%. Jakość części formowanych wtryskowo metodą print2mold jest taka sama jak w przypadku konwencjonalnego procesu formowania wtryskowego. Procesy rozwojowe można znacznie przyspieszyć za pomocą procesu print2mold, a różnorodność materiałów zwykłego formowania wtryskowego jest również zachowana.