De la prototip la produsul final - rulmenți cu bile gata de instalat de la imprimanta 3D

• Ce a fost necesar? Rulmenți simpli pentru direcția vehiculului imprimat 3D
• Metoda de fabricație: Extrudarea filamentelor (FDM)
• Cerințe: joc redus, rezistență ridicată, rezistență mare la abraziune
• Material: iglidur i150
• Industrie: Industria auto
• Succes prin cooperare: Calitate bună a suprafeței, producție mai rapidă datorită imprimării 3D fără scule, mai mult timp pentru dezvoltare, joc redus sau inexistent al rulmentului

Aplicația la o privire de ansamblu:
În cadrul proiectului său "Chameleon", compania Scaled 3D din Regatul Unit a dezvoltat un vehicul cu patru roți realizat exclusiv din componente imprimate 3D. În timpul testelor vehiculului, designul sistemului de direcție a atras atenția negativ. Rulmenții de direcție aveau prea mult joc și multă uzură. Pentru ca aplicația să rămână complet imprimată 3D, compania a început să caute un material dur, rezistent la uzură, care să fie mai potrivit pentru punctele de sprijin. După diverse teste în formate mari și mici și cu tribofilamentul iglidur i150, echipa de dezvoltare a proiectat în cele din urmă un rulment simplu din cinci părți care avea foarte puțin joc și era semnificativ mai rezistent la abraziune decât rulmenții din plastic convențional. Acest lucru a făcut posibilă îndeplinirea condiției ca rulmentul să provină în continuare de la imprimanta 3D.

Sistemul de direcție al vehiculului avea prea mult spațiu liber și a devenit rapid imprecis. De asemenea, acesta risca să se uzeze rapid. Prin urmare, a trebuit să se realizeze rulmenți de direcție cu un joc mult mai mic, care să se potrivească cu forma existentă a restului vehiculului. Adâncimea rulmentului simplu nu trebuia să depășească 20 mm. De asemenea, cel mai mic dintre cei doi rulmenți a trebuit să aibă un inel interior despicat pentru a permite montarea pe coloana de direcție, care are două seturi de șuruburi radiale la fiecare capăt. De asemenea, componentele trebuiau să aibă o rezistență semnificativ mai mare decât rulmenții instalați anterior, fabricați din PLA standard.

Scaled 3D a găsit materialul perfect pentru proiectul său "Chameleon" în tribofilamentul iglidur i150-PF optimizat din punct de vedere tribologic. Filamentul este foarte ușor de prelucrat într-o imprimantă de volum mare și oferă proprietăți mecanice bune în ceea ce privește rezistența, tenacitatea și aderența stratului în aplicații de alunecare. Rulmentul a fost transformat într-un rulment cu bile din cinci piese care a fost testat inițial ca prototip. În timpul testelor, jocul din rulment a fost foarte scăzut sub sarcini excentrice în timpul rotației. Testele din faza de dezvoltare erau deja foarte semnificative, deoarece componentele finale urmau să fie fabricate cu același proces.

Scopul principal al proiectului "Chameleon" din Marea Britanie a fost de a dezvolta un vehicul care provine în întregime din imprimanta 3D. Ideea din spatele proiectului a fost trecerea de la producția în masă la producția rapidă, specifică clientului. În același timp, fabricarea aditivă fără unelte urma să permită utilizarea materialelor reciclate. Potrivit Scaled 3D, în viitor va fi posibil să se utilizeze 100% material reciclat în vehiculele și structurile imprimate 3D. Până în prezent, echipa Chameleon a reușit să lucreze cu 30% material reciclat în primul prototip din 2020. Viteza cu care piesele pot fi imprimate 3D este deosebit de benefică pentru acest proiect: un timp de imprimare de maximum 83 de minute pentru o piesă mare (1,375 kg) a însemnat că aceste piese au putut fi desenate, imprimate și testate în aceeași zi. Avantajul mare de viteză față de procese precum frezarea și turnarea prin injecție a avut o influență foarte pozitivă asupra libertății de dezvoltare a vehiculului, care a fost susținută de libertatea de proiectare în geometria pieselor.

Pentru a obține o imagine de ansamblu a proprietăților tribologice ale tribofilamentului iglidur i150, compania a testat mai întâi componentele într-un format mic. Mai întâi, au fost imprimate cilindri imbricați, suprafețele lor netratate fiind deja de o calitate foarte bună în comparație cu alte materiale. Piesele au fost apoi imprimate într-un format mare, iar calitatea bună a suprafețelor lor a fost una dintre caracteristicile lor impresionante. Rulmentul cu bile care urma să fie înlocuit a fost apoi retipărit din iglidur i150. Ramele I150 și cușca rulmentului cu bile s-au dovedit a fi buni parteneri de alunecare pentru o funcționare cu frecare redusă. În final, a fost creat un rulment cu bile din cinci piese.

În timpul testelor pe rulmentul cu bile iglidur i150, jocul a fost foarte scăzut în cazul sarcinilor excentrice în timpul rotației. Un sistem dublu de rulmenți a fost apoi dezvoltat pentru a se potrivi în sistemul de direcție Chameleon. Potrivit Scaled 3D, calitatea de imprimare a rulmenților iglidur i150 este comparabilă cu cea a ASA și mult mai bună decât PLA convențional. În ciuda unei înălțimi a stratului de 1 mm, finisajul suprafeței a fost foarte bun. În plus față de calitatea bună a componentelor, compania este mulțumită și de asamblarea ușoară a pieselor. Tribofilamentul este potrivit atât pentru aplicații mici, cât și pentru proiecte cu imprimanta de mari dimensiuni. Are proprietăți mecanice bune și, prin urmare, este potrivit pentru majoritatea aplicațiilor și imprimantelor 3D. iglidur i150 este, de asemenea, conform cu alimentele în conformitate cu Regulamentul UE 10/2011 și este potrivit pentru aplicații în industria alimentară și de ambalare.