Vysoké zrychlení a teplota až 80 °C: Spolehlivá lineární ložiska pro 3D tiskárny

• Co bylo potřeba: energetický řetěz mikrosérie E2, lineární kluzné ložisko drylin® R, lineární kluzná fólie z igliduru® E7, vedení vřetena dryspin®.
• Požadavky: Ložisko v aplikaci by mělo trvale odolávat vysokým zrychlením a teplotám do 80 °C.
• Industry: 3D tiskárna
• Úspěch pro zákazníka: Na rozdíl od kuličkových pouzder s recirkulací se lineární fólie iglidur® ukázaly jako cenově výhodná alternativa. Navíc mají nízké vibrace, jsou bezmazné a bezúdržbové a odolné.

Společnost Kühling&Kühling, založená v roce 2012, prodává svým zákazníkům flexibilní a snadno škálovatelná 3D výrobní řešení. Pro realizaci první sériově vyráběné 3D tiskárny hledal kielský odborník na řešení energetický řetězec pro bezpečné vedení kabelů a vhodné řešení ložisek linek. Nároky 3D tiskárny na ložiskovou techniku jsou vysoké: vysoký výkon strojů vyžaduje pohyblivé komponenty, které dlouhodobě a bez problémů odolávají vysokým zrychlením a vyžadují co nejmenší údržbu. Dynamický vnitřní chod má navíc za následek i enormní teploty až 80 °C, pro které bylo třeba najít vhodné materiály. V neposlední řadě musely vestavěné díly splňovat také vysoké požadavky na tichost.

Jedním z nich je od roku 2012 společnost Kühling&Kühling se sídlem v Kielu. Její dva zakladatelé, mechatronici Jonas a Simon Kühlingovi, se specializují na vývoj a výrobu open source hardwaru v oblasti 3D tiskáren. Po roce a půl vývoje je od konce roku 2013 v sériové výrobě první produkt, "RepRap Industrial", který je určen pro průmyslové použití. Jedná se o cenově výhodné řešení pro spolehlivou a vysoce kvalitní rychlou výrobu prototypů, zejména pro náročné nepřetržité použití.

Systém je neustále dále vyvíjen a právě se dočkal zásadní aktualizace a různých vylepšení ve verzi "v1.1.0". Zpracovávat lze všechny materiály, které splňují určité základní specifikace, od vysokopevnostních termoplastů a plastů plněných vlákny až po pryžově elastické materiály. Tiskárny, které jsou k dispozici pro domácí použití nebo modelářství, umožňují použití pouze velmi omezené škály tiskových materiálů. Převážně se zde používá takzvaný "bioplast", který je na bázi kukuřice a obecně nesnese technické požadavky průmyslového použití. Je to proto, že tento plast selhává již při teplotách nad 45 °C - teplotní limity v průmyslu jsou podstatně vyšší. V porovnání s ostatními 3D tiskárnami pro průmyslové použití doporučujeme zejména tiskárnu "RepRap Industrial" vzhledem k její ceně. Ta je přibližně o 25 až 30 % nižší než u srovnatelných systémů. Úspěch dává společnosti Kühling&Kühling za pravdu: počet jednotek neustále roste a během jednoho roku se zčtyřnásobil.

Zpracovávat lze všechny materiály, které splňují určité základní specifikace, od vysokopevnostních termoplastů a plastů plněných vlákny až po pryžově elastické materiály.

Simon Kühling vzpomíná na hledání vhodného dodavatele: "Když jsme začali systém vyvíjet, uvažovali jsme zpočátku o klasických kuličkových ložiscích. Ta však mají několik nevýhod. Zaprvé jsou příliš drahá, jejich jednotková cena se pohybuje kolem 12 eur, a zadruhé přestávají fungovat při provozní teplotě 65 °C. V tomto okamžiku začnou selhávat těsnění. Pak začnou selhávat i těsnění a opotřebovává se mazání." To vedlo ke vzniku lineárních kluzných ložisek s plastovými kluznými plochami. "Z nákladových důvodů jsme zpočátku testovali asijské výrobky," říká Simon Kühling. "Ty však v žádném případě nesplňovaly naše požadavky, nemluvě o rychlé a dlouhodobé dodací schopnosti."

Pro vedení kabelů se kielský specialista rozhodl pro náš energetický řetěz z mikrořad E2, který zabírá velmi málo místa a byl vyvinut pro obzvláště dynamické aplikace. Kromě toho byla jako řešení lineárních ložisek v generaci 3D tiskáren použita vřetenová vedení dryspin®, lineární kluzná ložiska drylin® R a lineární kluzné fólie z igliduru® E7. Na rozdíl od běžných kuličkových pouzder se lineární ložiska z materiálu iglidur® ukázala jako cenově výhodné a zároveň vysoce výkonné řešení.
Splňují vysoké požadavky na hlučnost, zrychlení pojezdu a trvalou teplotní odolnost. Kromě toho jsou tato lineární kluzná ložiska bez mazání po celou dobu životnosti bezúdržbová, a proto mají obzvláště nízké opotřebení a dlouhou životnost. 
Díky přesnému polohování ložiskových prvků i při rychlých pohybech a absenci vibrací mohou zákazníci dosáhnout optimálních výrobních výsledků i se svými 3D tiskárnami.

Lineární a pohonná technika "drylin®" od společnosti igus® nabízí konstruktérům 3D tiskáren různé komponenty - vždy zcela bez mazání a dostupné do 24 hodin a bez minimálního objednacího množství. Další výhodou použití lineárních kluzných ložisek vyrobených z vysoce výkonných plastů je jejich tichý chod; nedochází k mechanickému valivému hluku jako u kovových nebo keramických kuliček.

Ve stroji "RepRap Industrial" je použito celkem dvanáct ložiskových produktů igus®: ocelové hřídele a lineární vodicí adaptéry s kluznými fóliemi z "igliduru®" vysoce výkonných plastů pro vedení příslušné osy, stejně jako vodicí šrouby a plastové závitové matice jako pohony os. Lineární kluzná ložiska jsou konstrukčně shodná s oběžnými kuličkovými pouzdry, jsou úsporná a snadno se instalují. Navíc tlumí vibrace. To je o to důležitější, že při 3D tisku nevznikají velké síly, ale dochází k prudkým zrychlením. Osa proto musí být lehká.

Kühling&3D tiskárna společnosti Kühling využívá také produkty druhé hlavní obchodní divize společnosti igus®, plastové energetické řetězy. Zde použité řetězy z řady "E2 micro" se vyznačují mimořádně prostorově úspornou konstrukcí, nízkou hmotností a obzvláště plynulými valivými pohyby. Hladké kontury plastového energetického řetězu chrání také vložené kabely.

Online katalog igus® nám již poskytl dobrý přehled o sortimentu a výrobcích, které jsou pro nás vhodné. Osobní konzultace nám však velmi pomohla vybrat z množství možností ten správný."

Kromě toho probíhal neustálý dialog o limitech a možnostech jednotlivých komponent a o případném novém vývoji. Ten se uplatnil například v oblasti posuvných fólií. Aktuálně představená kluzná fólie "iglidur® E7" byla speciálně vyvinuta pro lineární pohyby. Její zvláštní předností je vysoká životnost a nízká míra opotřebení na hřídelích z oceli, chromované oceli a všech typů nerezové oceli. Provozní teplota se pohybuje od -30 do +80 °C. " E7" je k dispozici jako posuvná fólie pro průměry 10 až 50 mm a lze ji kombinovat se všemi lineárními pouzdry z řady "drylin® R".