Fra prototype til slutprodukt - installationsklare kuglelejer fra 3D printeren

• Hvad var der brug for? Glidelejer til styretøjet i det 3D-printede køretøj
• Fremstillingsmetode: Ekstrudering af filamenter (FDM)
• Krav: lav frigang, høj styrke, høj slidstyrke
• Materiale: iglidur i150
• Branche: Bilindustrien
• Succes gennem samarbejde: God overfladekvalitet, hurtigere produktion takket være værktøjsfri 3D-printning, mere tid til udvikling, lille eller ingen frigang af lejet

Et overblik over applikationen:
I projektet "Chameleon" har den britiske virksomhed Scaled 3D udviklet et firehjulet køretøj, der udelukkende er fremstillet af 3D-printede komponenter. Under test af køretøjet tiltrak styresystemets design sig negativ opmærksomhed. Styrelejerne havde for meget spillerum og var meget slidte. For at applikationen kunne forblive fuldt 3D-printet, begyndte virksomheden at lede efter et hårdt, slidstærkt materiale, der ville være mere velegnet til lejepunkterne. Efter forskellige tests i store og små formater med iglidur i150 tribofilament designede udviklingsteamet til sidst et femdelt glideleje, der havde meget lidt frigang og var betydeligt mere slidstærkt end lejer lavet af konventionel plast. Det gjorde det muligt at opfylde betingelsen om, at lejet fortsat skulle komme fra 3D-printeren.

Bilens styresystem havde for meget frigang og blev hurtigt upræcist. Det risikerede også at blive slidt hurtigt. Så der skulle laves styrelejer med meget mindre frigang, som kunne passe ind i den eksisterende form på resten af køretøjet. Lejedybden måtte ikke overstige 20 mm. Det nederste af de to lejer skulle også have en delt inderring for at kunne monteres med ratstammen, som har to sæt radiale bolte i hver ende. Komponenterne skulle også have betydeligt større styrke end de tidligere installerede lejer, der var lavet af standard PLA.

Scaled 3D fandt det perfekte materiale til sit "Chameleon" projekt i det tribologisk optimerede iglidur i150-PF tribofilament. Filamentet er meget nemt at bearbejde i en storvolumenprinter og har gode mekaniske egenskaber med hensyn til styrke, sejhed og lagadhæsion i glideapplikationer. Lejet blev omdannet til et femdelt kugleleje, der i første omgang blev testet som en prototype. Under testene var spillerummet i lejet meget lavt under excentriske belastninger under rotation. Testene i udviklingsfasen var allerede meget meningsfulde, da de endelige komponenter ville blive fremstillet med den samme proces.

Hovedformålet med projektet "Chameleon" fra Storbritannien var at udvikle et køretøj, der udelukkende kommer fra 3D-printeren. Ideen bag projektet var at gå fra masseproduktion til hurtig, kundespecifik produktion. Samtidig skulle additiv fremstilling uden brug af værktøj gøre det muligt at bruge genbrugsmateriale. Ifølge Scaled 3D vil det i fremtiden være muligt at bruge 100% genbrugsmateriale i 3D-printede køretøjer og strukturer. Indtil videre har Chameleon-teamet formået at arbejde med 30% genbrugsmateriale i den første prototype fra 2020. Den hastighed, hvormed dele kan 3D-printes, er en særlig fordel for dette projekt: En maksimal printtid på 83 minutter for en stor del (1,375 kg) betød, at disse dele kunne tegnes, printes og testes på samme dag. Den store hastighedsfordel i forhold til processer som fræsning og sprøjtestøbning havde en meget positiv indflydelse på friheden til at udvikle køretøjet, hvilket blev understøttet af designfriheden i delenes geometri.

For at få et overblik over iglidur i150 tribofilamentets tribologiske egenskaber testede virksomheden først komponenterne i et lille format. Først blev der printet indlejrede cylindre, hvis ubehandlede overflader allerede var af meget god kvalitet sammenlignet med andre materialer. Derefter blev delene printet i stort format, og deres gode overfladekvalitet var en af deres imponerende egenskaber. Kuglelejet, der skulle udskiftes, blev derefter genoptrykt af iglidur i150. I150-løbene og kuglelejeburet viste sig at være gode glidepartnere til drift med lav friktion. Til sidst blev der skabt et kugleleje i fem dele.

Under testene af iglidur i150-kuglelejet var spillerummet meget lavt under excentriske belastninger under rotation. Et dobbelt lejesystem blev derefter udviklet til at passe ind i Chameleon-styresystemet. Ifølge Scaled 3D er printkvaliteten af iglidur i150-lejer sammenlignelig med ASA og meget bedre end konventionel PLA. På trods af en laghøjde på 1 mm var overfladefinishen meget god. Ud over den gode komponentkvalitet er virksomheden også tilfreds med den nemme montering af delene. Tribofilamentet er velegnet til både små applikationer og projekter med den store printer. Det har gode mekaniske egenskaber og er derfor velegnet til de fleste anvendelser og 3D-printere. iglidur i150 er også fødevaregodkendt i henhold til EU-forordning 10/2011 og er velegnet til anvendelser i fødevare- og emballageindustrien.