Od prototypu až po finální produkt – kuličková ložiska vyrobená 3D tiskem snadná na instalaci

• Co bylo zapotřebí: kluzná ložiska pro systém řízení ve vozidle vyrobeném 3D tiskem
• Výrobní metoda: vytlačování vláken (FDM)
• Požadavky: malá vůle, vysoká pevnost, vysoká odolnost proti otěru
• Materiál: iglidur I150
• Odvětví: automobilový sektor
• Výsledky úspěšné spolupráce: dobrá kvalita povrchu, rychlejší výroba díky 3D tisku bez použití nástrojů, více času na vývoj, malá nebo žádná vůle ložiska

 
Přehled aplikace:
Britská společnost Scaled 3D vyvinula v rámci svého projektu „Chameleon“ vozidlo na čtyřech kolech, které je tvořené výhradně součástmi vyrobenými 3D tiskem. Během testů vozidla si získala negativní pozornost konstrukce systému řízení. Ložiska řízení vykazovala příliš velkou vůli a vysoké opotřebení. Aby aplikace obsahovala i nadále pouze díly vyrobené 3D tiskem, začala společnost hledat pevný materiál odolný proti opotřebení, který by byl vhodnější pro ložiskové body. Po různých testech tribologického vlákna iglidur I150 ve velkém i malém formátu dospěl tým vývojářů konečně k pětidílnému kluznému ložisku s minimální vůlí a výrazně vyšší odolností proti opotřebení oproti ložiskům vyrobeným z běžných plastů. Díky tomu bylo možné zajistit výrobu celého ložiska 3D tiskem.
 

Cílem projektu „Chameleon“ britské společnosti Scaled 3D bylo vyvinout vozidlo výhradně za použití 3D tiskárny.

Problém

Systém řízení vozidla vykazoval příliš velkou vůli a stal se rychle nepřesným. Zároveň hrozilo, že se příliš rychle opotřebuje. Proto bylo nutné vyrobit ložiska řízení s mnohem menší vůlí, která by pasovala do stávajícího tvaru zbytku vozidla. Hloubka kluzného ložiska nesměla přesáhnout 20 mm. Nižší ze dvou ložisek zároveň muselo mít dělený vnitřní kroužek, aby byla možná montáž na sloupek volantu, který má dvě sady radiálních šroubů na každém konci. Součásti zároveň musely vykazovat mnohem větší pevnost než dříve instalovaná ložiska vyrobená ze standardního PLA.
 

Řešení

Společnost Scaled 3D nalezla perfektní materiál pro svůj projekt „Chameleon“ v podobě tribologicky optimalizovaného tribologického vlákna iglidur I150-PF. Vlákno umožňuje velmi snadné zpracování ve velkoformátových tiskárnách a nabízí dobré mechanické vlastnosti z hlediska pevnosti, odolnosti a přilnavosti vrstev v kluzných aplikacích. Ložisko bylo převedeno na pětidílné kuličkové ložisko, které bylo nejprve otestováno jako prototyp. V testech vykazovalo ložisko při excentrickém zatížení během otáčení velmi nízkou vůli. Již testy ve fázi vývoje byly velmi slibné, jelikož finální součásti měly být vyrobeny stejným procesem.
 

Projekt „Chameleon“ – individuální, trvale udržitelná aplikace

Hlavním cílem britského projektu „Chameleon“ bylo vyvinout vozidlo, které by bylo celé vyrobeno 3D tiskem. Myšlenkou projektu bylo přejít z masové produkce na rychlou výrobu na základě zákaznických specifikací. Projekt si zároveň kladl za cíl, aby aditivní výroba bez nutnosti nástrojů umožňovala použití recyklovaných materiálů. Podle údajů společnosti Scaled 3D bude v budoucnu možné používat při výrobě vozidel a konstrukcí 3D tiskem ze 100 % recyklované materiály. Projektový tým Chameleon dosud zvládl výrobu prvního prototypu v roce 2020 z recyklovaných materiálů ze 30 %. Rychlost, s níž lze díly vyrábět 3D tiskem, je pro tento projekt obzvlášť důležitá: Maximální doba tisku velké součásti (1,375 kg) činí 83 minut, což znamená, že tyto díly lze nakreslit, vytisknout a otestovat ve stejný den. Výrazně vyšší rychlost oproti procesům jako frézování či injekční vstřikování měla velmi pozitivní vliv na stupeň volnosti při vývoji vozidla. Stejnou konstrukční volnost nabízela také geometrie dílů.
 

Ložiska pro systém řízení jsou rovněž vyráběna velkoformátovou tiskárnou

Cesta k těm správným ložiskům

Aby si společnost udělala celkovou představu o tribologických vlastnostech vlákna iglidur I150, provedla nejprve testy v malém formátu. Nejprve byly vytištěny vnořené válce, které měly oproti ostatním materiálům velmi kvalitní povrch i bez závěrečné úpravy. Poté byly díly vytištěny ve velkém formátu. Dobrá kvalita povrchu patřila opět mezi silné stránky. Kuličkové ložisko, které mělo být vyměněno, bylo poté znovu vytištěno z materiálu iglidur I150. Kroužky a klec kuličkového ložiska z materiálu I150 se ukázaly být dobrými kluznými partnery pro provoz s nízkým třením. Na závěr bylo vyrobeno pětidílné kuličkové ložisko.
 

Prototyp kuličkového ložiska: běžný plast vlevo, iglidur I150 vpravo

Univerzální řešení mezi tribologickými vlákny igus – iglidur I150

Testy kuličkového ložiska iglidur I150 odhalily při excentrickém zatížení během otáčení velmi nízkou vůli. Následně byl pro montáž do systému řízení vozu Chameleon vyvinut systém dvojitého ložiska. Podle společnosti Scaled 3D je kvalita tisku ložisek iglidur I150 srovnatelná s materiálem ASA a výrazně lepší než u PLA. Navzdory výšce vrstvy pouze 1 mm byla povrchová úprava velmi dobrá. Kromě dobré kvality součástí byla společnost potěšena také snadnou montáží dílů. Tribologické vlákno je vhodné jak pro malé aplikace, tak pro projekty využívající velkoformátové tiskárny. Nabízí dobré mechanické vlastnosti, takže je vhodné pro většinu aplikací a 3D tiskáren. Materiál iglidur I150 je také kompatibilní se směrnicí EU 10/2011 a je vhodný pro aplikace v potravinářském a obalovém průmyslu.
 

Tribologické vlákno iglidur I150 lze použít pro všechny 3D tiskárny.