Piese de ceasornic rezistente la uzură de la imprimanta 3D

• De ce era nevoie: componente pentru un mecanism de ceasornic
• Metoda de fabricație: extrudarea filamentului (FDM)
• Cerințe: rezistență ridicată la abraziune, proprietăți mecanice bune, precizie în detaliu
• Material: iglidur I150
• Industrie: fabricarea de modele
• Succes pentru client: rezistență îmbunătățită la uzură, durată de viață semnificativ mai lungă a componentelor, funcționare mai regulată a dispozitivului de reglare și, prin urmare, a mecanismului de ceas în ansamblu

Aplicația dintr-o privire:
Ca parte a unui proiect Jugend Forscht, Kai Schmidt-Brauns a construit un mecanism de ceasornic tipărit 3D în întregime și a comparat o curbă de profil calculată matematic a unui dispozitiv de reglare a unui mecanism de ceasornic cu o curbă de profil determinată empiric. Pentru a testa fiecare curbă de profil, el a tipărit un mecanism de ceasornic pe baza modelului său matematic. În plus față de experimentele cu componente realizate din PLA convențional, Schmidt-Brauns a testat diferite curbe de profil cu componente realizate din tribofilamentul iglidur I150. Acest lucru a confirmat că dispozitivul de reglare din materialul igus a funcționat mai bine. Datorită filamentului optimizat din punct de vedere tribologic, componentele care sunt supuse unor sarcini mecanice deosebit de ridicate au reușit să obțină o durată de viață semnificativ mai lungă și o funcționare mai regulată decât piesele fabricate din PLA convențional.
 

Mecanismul de ceasornic din față: energia este stocată în mecanismul de înfășurare

Problema

Pentru ca un mecanism de ceasornic să funcționeze cu precizie, geometria tuturor componentelor mecanismului trebuie determinată cu precizie, iar fricțiunea dintre părțile mobile trebuie menținută cât mai scăzută posibil. Scopul proiectului lui Kai Schmidt-Brauns a fost acela de a proiecta un mecanism de reglare pentru mecanismul de ceasornic tipărit 3D și ulterior de a determina geometria acestuia cu un model matematic. Deși modelul matematic a condus la o mișcare mai regulată a ceasului, a apărut întrebarea cu privire la alte moduri de a face ceasul chiar mai precis. În plus, în testele cu componente tipărite 3D realizate din PLA convențional, piesele puternic solicitate, cum ar fi clichetul (format din roata clichetului și janta clichetului) din elevator, nu au avut o durată de viață deosebit de lungă.

Soluția

După testele cu mecanismul de ceasornic din PLA convențional, Kai Schmidt-Brauns a înlocuit componentele critice cu exemplare tipărite din tribofilamentul igus iglidur I150. În comparație, s-a observat că alunecarea și frecarea statică dintre componentele din iglidur I150 este redusă semnificativ. În plus, datorită rezistenței ridicate la uzură a materialului igus, durata de viață a clichetului poate fi mărită, iar dispozitivul de reglare poate avea o mișcare mai regulată.

Un mecanism de ceasornic precis complet de la imprimanta 3D

Jugend Forscht este un concurs german pentru tineri cercetători din clasa a IV-a până la vârsta de 21 de ani. Participanții pot lucra și depune probleme la alegere în domeniile matematicii, informaticii și științelor naturale. Ca parte a acestei competiții, Kai Schmidt-Brauns din Wolfsburg a creat mai întâi un model matematic pentru a determina geometria exactă a componentelor unui mecanism de reglare care se poate tipări 3D. Aceasta a implicat în special curba de profil a roții de profil, pe care a putut să o calculeze din parametri bine definiți. Mecanismul de reglare al unui ceas este partea care determină acuratețea ceasului. Mecanismul de reglare „inhibă” trenul de roți dințate la intervale regulate, de exemplu cu ajutorul unei furci pentru pelete și asigură că un minut de pe 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 descoperit că mișcarea cu curba de profil calculată avea o rată mai regulată decât curba de profil determinată empiric.

Mecanismul de ceasornic din spate: în partea cea mai din stânga se află roata de profil, a cărei curbă de profil trebuie determinată exact

Mișcare mai precisă cu iglidur I150

În plus față de compararea formulei matematice și a curbei de profil determinate empiric, Kai Schmidt-Brauns a testat dispozitivele de reglare cu diferite materiale. Alegerea a fost tribofilamentul iglidur I150. Cu o temperatură a patului de 40°C, o viteză de tipărire de 30 mm/s la o înălțime a stratului de 0,1 mm și o temperatură a extruderului de 250°C, elevul a obținut cele mai bune rezultate cu filamentul de la igus. În comparație cu PLA convențional, el a fost, de asemenea, capabil să detecteze o reglare mult mai bună în timpul testului. În plus față de rezultatele de la dispozitivul de reglare, filamentul optimizat tribologic a reușit să ofere o îmbunătățire a componentelor puternic solicitate, datorită rezistenței sale la uzură. Janta clichetului (a se vedea imaginea), care se află în mecanismul de înfășurare al ceasului, a trebuit să fie înlocuită semnificativ mai des în cazul utilizării PLA convențional decât în cazul iglidur I150. Mai mult, prin teste cu un arc spiralat tipărit de la iglidur I150, a reușit să înregistreze o rezistență și o flexibilitate mai mari comparativ cu cele obținute în cazul PLA convențional.

Clichetul fabricat din iglidur I150 este format din roată cu clichet și jantă cu clichet

Tribofilamente igus pentru o durată de viață mai mare a aplicațiilor

Pe lângă iglidur I150, igus oferă multe alte filamente optimizate tribologic pentru tipărirea 3D. Toate au în comun rezistența ridicată la abraziune pentru aplicații de alunecare. iglidur I150 poate fi procesat foarte ușor, la fel ca filamentele PLA și PETG. În testul de uzură din laboratorul de testare intern al igus, tribofilamentele igus au performanțe de până la 50 de ori mai bune decât materialele plastice convenționale, cum ar fi PLA și ABS (vedeți imaginea). De asemenea, sunt potrivite pentru alimente în conformitate cu Regulamentul UE 10/2011 și, prin urmare, potrivite pentru aplicații adecvate în industria alimentară și de ambalare. Filamentul multifuncțional este deosebit de potrivit pentru tipografi începători datorită procesării sale ușoare. Serviciul de tipărire 3D este, de asemenea, disponibil în orice moment, cu un termen de livrare de 1-3 zile, dacă este nevoie de ajutor de specialitate.

Testarea la uzură a iglidur I150: axa Y = coeficientul de uzură [μm/km] 1. iglidur I150 2. iglidur I180 3. PLA 4. Parametrii de testare ABS (mișcare liniară): v = 0,1 m/s; p = 1 MPa; materiale arbore: oțel călit (Cf53/1.1213) și oțel inoxidabil (V2A/1.4301)