Překvapivě dobrá kvalita náhradních dílů pro veterány vyrobených 3D tiskem

• Co bylo zapotřebí: Náhradní šnekový převod v tachometru veteránu
• Výrobní metoda: Selektivní laserové sintrování s práškem na laserové sintrování
• Požadavky: Odolnost, přesnost, nízká cena
• Materiál: iglidur i6
• Odvětví: Automobilový průmysl
• Výsledky úspěšné spolupráce: Vynikající přesnost; žádný otěr; rychlá, cenově výhodná výroba; žádné mazání

Přehled aplikace:
Najít náhradní díly pro veterány je obvykle obtížné, ne-li přímo nemožné. Jedná se o dobře známý problém, který je obzvlášť palčivý u exotických aut a vzácných modelů. Dr. Jörg Pühler, majitel vozu Stanley 750B z roku 1924, hledal náhradní díl pro počítadlo ujeté vzdálenosti v tachometru.
Původní díl byl úplně zničen opotřebením a pracemi, které na autě prováděl předchozí majitel. Online služba 3D tisku igus nabídla řešení: požadovaný hřídel se šnekovým převodem a ozubeným převodem byl cenově výhodně vyroben tiskem během krátké doby z plastu iglidur i6 pro laserové sintrování odolného proti otěru.
 

Srovnání kovového šnekového převodu (starý díl) s polymerovým šnekovým převodem (nový díl) vyrobeným 3D tiskem z materiálu iglidur I6. Zdroj: Dr. Jörg Pühler

Problém

V tachometru Stewart Warner přestal fungovat převod na prvním pomocném hřídeli, který zabírá společně se šnekem na vstupním hřídeli.  Pastorek již nebyl v záběru se šnekovým převodem. V důsledku prací, které na tachometru prováděl předchozí majitel, nebylo možné určit správné rozměry. Výroba náhradního dílu vyžadovala několik pokusů a materiál, který by byl stabilní, vysoce přesný a vhodný pro nepřetržité použití.  

Řešení

Služba 3D tisku společnosti igus umožnila výrobu plně funkčního náhradního dílu z materiálu iglidur I6. Díky rychlé a cenově výhodné výrobě metodou laserového sintrování si mohl majitel veteránu jednoduše vyzkoušet několik variant součásti přímo v praxi. Díky použití vysoce výkonného polymeru se zabudovanými pevnými mazivy již součást nevyžaduje mazání. Ani po více než 2 000 mílích nejsou patrné žádné známky opotřebení.  

Co způsobilo opotřebení šnekového převodu v tachometru?

Tachometr veteránu Stanley 750B z roku 1924 přestal fungovat kvůli poruše počítadla ujeté vzdálenosti. Majitel identifikoval jako příčinu poruchy ozubený převod na prvním pomocném hřídeli, který zabíral spolu se šnekem vstupního hřídele. V důsledku opotřebení již pastorek nezabíral spolu se šnekem.
 
Problém byl způsoben mechanismem počítadla ujeté vzdálenosti tvořeného třemi částmi: číselníky vykazovaly axiální vůli asi 0,2 mm a chyběla pružinová podložka, která by číselníky tlačila proti sobě. Občas se stalo, že malý rozdělovací převod proklouzl mezi číselníky a zablokoval počítací mechanismus. Axiální vůli se podařilo odstranit pomocí lehce zakřivené, 0,1 mm tlusté mosazné podložky instalované na straně tak, aby již nemohlo k zablokování dojít.

Zpočátku nebylo možné pro tachometr Chicago typu M-9 společnosti Stewart sehnat náhradní díl. Zdroj: Dr. Jörg Pühler

Několik pokusů o vytvoření funkčního náhradního dílu

Po odstranění příčiny defektu bylo možné pustit se do výroby náhradního dílu. S pomocí softwaru FreeCAD se Dr. Pühlerovi podařilo vytvořit CAD soubor s 3D modelem požadované součásti. První objednávka prostřednictvím služby 3D tisku igus byla zpracována bez komplikací a hotový náhradní díl byl za pár dní doručen. 
 
Materiál byl stabilní a i ty nejmenší detaily byly reprodukovány bezchybně. Hřídel okamžitě zapadl do ložisek a šnekový převod výstupu přesně lícoval. Ukázalo se však, že původní pastorek byl natolik opotřebovaný, že odhadované rozměry převodu byly příliš malé.  

Poškození původní součásti bylo tak velké, že ani nebylo možné zjistit správně rozměry. Zdroj: Dr. Jörg Pühler

Test náhradního dílu vyrobeného 3D tiskem: obstojí v testu odolnosti?

V CAD modelu bylo nutné změnit pouze jeden parametr. Poté bylo možné druhou verzi rychle odeslat k tisku.  Druhý vzorek již fungoval celkem dobře a obstál v testu odolnosti. Jelikož však začal při nízkých otáčkách vykazovat lehkou dysfunkci, bylo nutné vyrobit třetí verzi s adaptovaným modulem ozubeného převodu a úhlem stoupání šroubovice. Třetí vzorek již fungoval dokonale a správně zabíral.
 
Velkou výhodou aditivní výroby je možnost rychlé implementace změn s malým úsilím. Adaptace digitálního modelu spolu s pohodlným objednáním online a rychlou výrobou umožňují implementovat úpravy prototypů náhradních dílů rychle a cenově výhodně.
 
Častým problémem výroby náhradních dílů 3D tiskem je tvorba vhodného 3D modelu. Na internetu je k dispozici celá řada návodů a bezplatných online nástrojů pro tvorbu CAD modelů. Také na webu igus je k dispozici několik bezplatných CAD konfigurátorů, které nezkušení uživatelé pomohou použít například pro převody, ložiska a matice trapézových vodicích šroubů. Uživatelé, kteří si chtějí tuto práci ušetřit, mohou využít asistence při navrhování náhradních dílů pro 3D tisk na webových stránkách online workshopů pro amatéry a na dalších podobně zaměřených platformách.  

Zkušební zařízení – test šnekového převodu vyrobeného 3D tiskem z materiálu iglidur I6 Zdroj: Dr. Jörg Pühler

Překvapivě dobrá kvalita náhradních dílů pro veterány vyrobených 3D tiskem

Poté, co byla hřídel důkladně otestována na zkušebním zařízení, byla namontována do rychloměru, který byl následně opět instalován do historického vozu. Významnou výhodou igliduru i6 jsou tuhá maziva zabudovaná v plastu, protože díky nim nemusí uživatel mazat součásti - a to ani v případě, že je vzájemně působící část vyrobena z kovu. 

Po více než 2 000 ujetých kilometrech je tištěné šnekové soukolí stále v dobrém stavu bez zjevných známek opotřebení. Nepatrné stopy otěru kovu, které jsou vidět na obrázku, pocházejí z hnacího šnekového kola a vznikly v počáteční fázi testu, ale během dalšího používání se výrazně nezměnily.

Ani po 2 000 mil nevykazuje šnekový převod žádné známky otěru. Zdroj: Dr. Jörg Pühler