Technologia w górę, Koszty w dół - niskie koszty jednostkowe i dłuższa żywotność łożysk ślizgowych dzięki drukowi 3D oraz formowaniu wtryskowemu

• Co było potrzebne: łożyska ślizgowe o specjalnej geometrii
• Proces produkcji: selektywne spiekanie laserowe i formowanie wtryskowe
• Wymagania: dobre właściwości ślizgowe zprzy współpracy z aluminium, wysoka odporność na zużycie przy dużych prędkościach, złożona geometria
• Materiał: iglidur i3 do spiekania laserowego oraz iglidur J2
• Przemysł: instalacje do segregacji odpadów
• Sukces dzięki współpracy: długa żywotność mimo wysokich obciążeń, znacznie obniżone koszty jednostkowe, duża swoboda projektowania

Aplikacja w skrócie:
Fińska firma ZenRobotics produkuje przemysłowe, sterowane sztuczną inteligencją systemy segregacji odpadów, które umożliwiają automatyczne, szybkie, bezpieczne i wysokiej jakości sortowanie odpadów na całym świecie. W zależności od środowiska warunki pracy systemów są bardzo trudne: pył i inne nieprzewidywalne elementy w odpadach to codzienność.Mimo takich warunków systemy muszą sortować odpady szybko i niezawodnie. Do nowego systemu FastPicker potrzebne były łożyska ślizgowe odporne na wysokie siły skrętne powstające podczas przyspieszenia osiowego.Konstruktorzy zastosowali łożyska ślizgowe drukowane w 3D, montowane na aluminiowych wałkach z rowkowanym profilem, aby zapobiec obrotowi. Łożyska ślizgowe wytrzymują prędkości liniowe 3 m/s przy przyspieszeniach promieniowych i osiowych.Dzięki dużej swobodzie projektowania w druku 3D możliwe było dopasowanie geometrii łożysk ślizgowych do rowkowanego aluminiowego wałka. Kolejnym krokiem było wykonanie formy wtryskowej, aby wykorzystać szersze możliwości materiałowe formowania wtryskowego.

Podczas fazy testowej nowego systemu sortowania odpadów FastPicker firmy ZenRobotics w Finlandii szybko okazało się, że klasyczne łożyska ślizgowe nie są w stanie wytrzymać sił skrętnych podczas przyspieszenia osiowego, jeśli środek masy nie znajduje się w osi ruchu.Początkowo obrót miał być ograniczany przez elementy oporowe. Jednak szybko uległy one awarii z powodu wysokich obciążeń. Oprócz elementów oporowych zastosowano najpierw standardowe łożyska ślizgowe z oferty igus, które miały przenosić przyspieszenia promieniowe i osiowe.

Ostatecznie zastosowano łożyska ślizgowe igus o specjalnej geometrii. Najpierw wykonano je z wysokowydajnego tworzywa iglidur i3 metodą spiekania laserowego. Dzięki temu pasowały do rowkowanego aluminiowego wałka i zapobiegały jego obrotowi.Następnie na podstawie tej specjalnej geometrii wykonano formę wtryskową, co pozwoliło wykorzystać różnorodność materiałów dostępnych w formowaniu wtryskowym. W efekcie koszty obniżono nawet o 80%.

Druk 3D i formowanie wtryskowe często różnią się pod względem opłacalności. Druk 3D sprawdza się już przy małych ilościach. Produkcja komponentów z wykorzystaniem form wtryskowych wykonywanych maszynowo staje się opłacalna zwykle dopiero przy ilościach powyżej 10 000 sztuk.Druk 3D szczególnie dobrze sprawdza się w fazie testowej aplikacji, ponieważ zapewnia dużą szybkość produkcji i natychmiastową gotowość części do użycia. W zależności od projektu części są gotowe do wysyłki w ciągu jednego do trzech dni i można je łatwo zamówić w internetowej usłudze druku 3D.W prototypie firma ZenRobotics zastosowała łożyska ślizgowe drukowane w 3D do aluminiowego wałka z rowkowanym profilem. Następnie zdecydowała się produkować komponenty w większych ilościach metodą formowania wtryskowego. Decydujące znaczenie miały różnorodność materiałów oraz niskie koszty jednostkowe tej technologii.Finalne łożyska ślizgowe wykonano z materiału iglidur J2. Przy koszcie około 5 euro za sztukę komponent formowany wtryskowo kosztował tylko jedną dziesiątą ceny części SLS, która wynosiła około 49 euro za sztukę. Forma zwróciła się już po 100 częściach.Wytrzymałe tworzywo ma dobre właściwości mechaniczne, jest ekonomiczne i oferuje dobrą odporność na media. Dodatkowo zintegrowane smary stałe eliminują konieczność zewnętrznego smarowania łożysk ślizgowych.