Přesná, stabilní převodovka vyrobená 3D tiskem – cenově výhodné součásti pro astrofotografii

• Co bylo zapotřebí: převodovka, která bude po dobu 24 hodin otáčet zařízením s kamerou a objektivem o 360°
• Výrobní metoda: vytlačování vláken (FDM)
• Požadavky: cenově výhodné, různé, ale přesné rychlosti otáčení, vysoká stabilita zařízení
• Materiál: iglidur I150
• Odvětví: astrofotografie
• Výsledky úspěšné spolupráce: vysoká přesnost, pevnost a odolnost proti otěru, nízké tření díky axiálním kluzným podložkám

Mechanismus převodovky a externího ovládacího panelu musí zajišťovat stabilní rotaci SLR fotoaparátu a teleskopu.

Přehled aplikace:
V oboru astrofotografie jsou snímky různých vesmírných těles pořizovány při expozici a ukládány na vhodné médium. Každý, kdo někdy měnil dobu expozice na mobilním telefonu nebo digitálním fotoaparátu, ví, že snímky pořízené při dlouhé době expozice mohou být rozmazané i při minimálních změnách. Země rotuje okolo své osy a tato rotace představuje pro dlouhé doby expozice požadované v oboru astrofotografie problém. Pan van Hove ze společnosti vhw Digitalart vyvinul zařízení, které kompenzuje rotaci Země a umožňuje zachycovat vesmírná tělesa v jejich skutečné podobě. Požadavky na plastovou převodovku byly následující: Rotace o 360 stupňů po dobu přesně 24 hodin, dostatečná kapacita zatížení, která unese fotoaparát i s objektivem, a vysoká stabilita individuálních součástí a odolnost proti otěru. Převodovka zároveň musela být schopna nastavovat různé rychlosti v závislosti na sledovaném vesmírném tělesu. Převodovka a všechny držáky motoru a elektroniky byly vyrobeny 3D tiskem z tribologického vlákna iglidur i150. Kromě cenové výhodnosti výroby součástí 3D tiskem hrály při volbě materiálu a výrobního procesu významnou roli také vysoká odolnost proti otěru vysoce výkonného plastu igus a vhodnost pro rotující a výkyvné aplikace.
 

Ukázka změny fotografie po kompenzaci rotace Země kolem vlastní osy.

Problém

Rotaci Země kolem vlastní osy je nutné kompenzovat, aby bylo možné nastavit expozici na několik hodin. Zařízení, které zajišťuje, že fotografované vesmírné těleso neopustí záběr fotoaparátu, musí pohybovat fotoaparátem a objektivem nebo dalekohledem tak, aby vše bylo stabilní. To znamená přesnou a rovnoměrnou rotaci. Ovladač a externě montovaný ovládací panel musí být dále nastaveny na odlišné rotační rychlosti, jelikož doba sledování se liší v závislosti na objektu.
 

Řešení

Pan van Hove našel vhodné materiály pro svůj projekt v úzké spolupráci se společností igus. Otočné ložisko RL-D-20 s převodovým poměrem 1:38 zajišťuje dostatečnou kapacitu zatížení a přesnost. Vysoká pevnost a odolnost proti otěru převodů a držáků vyrobených 3D tiskem je umožněna tribologicky optimalizovaným vláknem iglidur i150. Tento materiál je mimořádně vhodný pro aplikace s nízkými kluznými rychlostmi. Převodovka má převodový poměr 1:243. Tření převodů vyrobených 3D tiskem je tak nižší a bezztrátové rotace je dosaženo dvěma axiálními kluznými podložkami mezi součástmi. Pan van Hove uvádí, že spolupráce byla „velmi dobrá, jako obvykle“.
 

Jak astrofotografie funguje?

V oboru astrofotografie jsou vesmírná tělesa, hvězdné mlhoviny a další objekty noční oblohy snímány za viditelného světla a snímky jsou ukládány na různá média. Fotoaparát je orientován směrem k zeměpisnému severní pólu rovnoběžně se zemskou osou. Sklon fotoaparátu odpovídá zeměpisné šířce. Doba expozice u těchto fotografií je několik hodin. To je důvod, proč musí být fotoaparát přizpůsoben každodenní rotaci Země. Jinak by místo skutečných tvarů objektů byly viditelné pouze linie. Vhodné sledovací zařízení kompenzuje rotaci Země v případě, že rychlost otáčení odpovídá přesně jedné otáčce za den. Rychlosti otáčení se zároveň liší v závislosti na sledovaném objektu. U hvězd trvá jedna otáčka 23 hodin, 56 minut a 4 vteřiny. Měsíc potřebuje na jedno otočení 24 hodin, 52 minut a 28 vteřin, zatímco Slunce potřebuje přesně 24 hodin.
 

Obrázek níže: převody převodovky.

Vysoká přesnost navzdory vysokému užitečnému zatížení

Zařízení musí unést celou hmotnost fotoaparátu a objektivu nebo teleskopu po dobu 24 hodin, než proběhne otočka o 360°. V závislosti na velikosti, modelu a vybavení to může být až 4 kg. Vysoké přesnosti je dosaženo otáčivým ložiskem s převodovým poměrem 1:38. Mechanická životnost nejméně 1 000 000 cyklů zároveň zaručuje dlouhou životnost celého systému. Převod vyrobený 3D tiskem s redukčním poměrem 1:243 zvyšuje pevnost a zároveň nabízí dlouhou životnost díky použitým axiálním kluzným podložkám a plastu iglidur I150 odolnému proti otěru.
 

Převody a držáky pro motor a elektronické díly byly vyrobeny z tribologického vlákna iglidur I150.

iglidur I150 – tribologické vlákno s mnoha výhodami

Tribologicky optimalizované vlákno iglidur I150 umožňuje snadné zpracování a je vhodné pro všechny 3D tiskárny v rámci procesu FDM. Kromě vysoké odolnosti proti otěru při nízkých kluzných rychlostech a dobrých mechanických vlastností typických pro vysoce výkonné polymery je iglidur I150 vhodný také pro kontakt s potravinami podle směrnice EU 10/2011. Integrovaná pevná maziva zajišťují bezúdržbový provoz. Většina aplikací těží z jeho pevnosti a přilnavosti vrstev.
 

Detailní pohled: převody vyrobené z materiálu iglidur I150 a axiální kluzné podložky mezi nimi.