Piese de ceasornic rezistente la uzură de la imprimanta 3D

• Ce a fost necesar: Componente pentru un ceas mecanic
• Procesul de fabricație: Extrudarea filamentelor (FDM)
• Cerințe: Rezistență ridicată la abraziune, caracteristici mecanice bune, precizia detaliilor
• Material: iglidur® i150
• Industrie: Construcția de modele
• Succes prin cooperare: rezistență îmbunătățită la uzură, durată de viață semnificativ mai mare a componentelor, funcționare mai regulată a evadării și, astfel, a mișcării în ansamblu

Aplicația la prima vedere:
În cadrul unui proiect Jugend Forscht, Kai Schmidt-Brauns a construit o mișcare complet imprimabilă în 3D și a comparat o curbă de profil calculată matematic a unui eșapament al unei mișcări mecanice cu o curbă de profil determinată empiric. Pentru a testa curbele de profil respective, el a imprimat o mișcare mecanică bazată pe modelul său matematic. În plus față de testele cu componente realizate din PLA convențional, studentul din Wolfsburg a testat diferitele curbe de profil cu componente realizate din tribofilament® iglidur® i150. Acest lucru a confirmat o performanță mai bună a evadării cu materialul igus®. Datorită filamentului optimizat din punct de vedere tribologic, componentele care sunt expuse la sarcini mecanice deosebit de mari au putut obține o durată de viață semnificativ mai lungă și o funcționare mai regulată decât piesele fabricate din PLA convențional.

Pentru ca o mișcare mecanică să funcționeze precis, geometria tuturor componentelor mecanismului trebuie să fie determinată cu exactitate, iar frecarea dintre piesele în mișcare trebuie să fie redusă la minimum. Scopul proiectului lui Kai Schmidt-Brauns a fost de a proiecta un mecanism de evacuare pentru mișcarea printabilă 3D și apoi de a determina geometria acestuia cu ajutorul unui model matematic. Deși modelul matematic a dus la o mișcare mai regulată, s-a pus problema altor modalități de a face mișcarea și mai precisă. În cadrul testelor cu componente imprimate 3D realizate din PLA convențional, piesele puternic solicitate, cum ar fi clichetul (format dintr-o roată și un inel de clichet) din mecanismul de înfășurare, nu au avut o durată de viață deosebit de mare.

După testele cu mișcarea realizată din PLA convențional, Kai Schmidt-Brauns a înlocuit componentele critice cu specimene imprimate din igus® tribofilament® iglidur® i150. Comparația a arătat că frecarea de alunecare și statică dintre componentele realizate din iglidur® i150 a fost redusă semnificativ. În plus, datorită rezistenței ridicate la uzură a materialului igus®, durata de viață a clichetului a fost mărită și s-a observat o funcționare mai regulată a evadării.

Jugend Forscht este un concurs german pentru tinere talente destinat elevilor din clasa a IV-a până la vârsta de 21 de ani. Participanții pot lucra și prezenta probleme la alegerea lor în domeniile matematicii, informaticii și științelor naturale. În cadrul acestui concurs, Kai Schmidt-Brauns din Wolfsburg a creat mai întâi un model matematic pentru a determina geometria exactă a componentelor unui mecanism de eșapament imprimabil 3D. Este vorba în special de curba de profil a roții de profil, pe care a reușit să o calculeze pornind de la parametri bine definiți. Mecanismul de evacuare al unui ceas este partea care determină precizia ceasului. Mecanismul de evacuare "inhibă" trenul de transmisie la intervale regulate, de exemplu cu ajutorul unei ancore, și asigură că un minut din ceas corespunde unui minut și nu durează uneori 61 și alteori 55 de secunde. În etapa următoare a proiectului, Kai Schmidt-Brauns a comparat curba de profil calculată cu o curbă de profil determinată empiric. El a constatat că mișcarea cu curba de profil calculată are un ritm mai regulat decât curba de profil determinată empiric.

Pe lângă compararea formulei matematice și a curbei de profil determinate empiric, Kai Schmidt-Brauns a testat evadările cu diferite materiale. Alegerea a căzut pe tribofilamentul® iglidur® i150. Cu o temperatură a patului de 40 °C, o viteză de imprimare de 30 mm/s la o înălțime a stratului de 0,1 mm și o temperatură a extruderului de 250 °C, studentul a obținut cele mai bune rezultate cu filamentul de la igus®. În comparație cu PLA convențional, el a reușit, de asemenea, să determine o mișcare mult mai regulată a eșapamentului în timpul unui test. În plus față de rezultatele obținute la eșapament, filamentul optimizat din punct de vedere tribologic a putut oferi o îmbunătățire a rezistenței la uzură în cazul componentelor puternic solicitate. Inelul clichet al clichetului (a se vedea imaginea), care se află în mecanismul de înfășurare al ceasului, a trebuit să fie înlocuit mult mai des cu PLA convențional decât cu iglidur® i150. În plus, a reușit să înregistreze o tenacitate și o flexibilitate mai mari în comparație cu cele realizate din PLA convențional prin teste cu un arc spiralat imprimat din iglidur® i150.

În plus față de iglidur® i150, igus® oferă multe alte filamente optimizate tribologic pentru imprimarea 3D. Toate au în comun faptul că sunt destinate aplicațiilor de alunecare datorită rezistenței lor ridicate la abraziune. iglidur® i150 poate fi prelucrat foarte ușor, la fel ca filamentele PLA și PETG. În testul de uzură din laboratorul de testare igus®, tribofilamentele igus® au performanțe de până la 50 de ori mai bune decât materialele plastice convenționale, cum ar fi PLA și ABS (a se vedea imaginea). De asemenea, este conformă cu alimentele în conformitate cu Regulamentul UE 10/2011 și, prin urmare, este potrivită pentru aplicații corespunzătoare în industria alimentară și de ambalare. Filamentul universal este deosebit de potrivit pentru începătorii în domeniul imprimării datorită ușurinței sale de prelucrare. Serviciul de imprimare 3D este, de asemenea, disponibil în orice moment, cu un termen de livrare de 1-3 zile, dacă este necesar ajutorul experților.