Præcis, stabil gearkasse fra 3D printeren - økonomiske komponenter til astrofotografi

• Hvad der var brug for: en gearkasse, der kan rotere en enhed med et kamera og en linse 360° på 24 timer
• Fremstillingsproces: Ekstrudering af filament (FDM)
• Krav: omkostningseffektiv, forskellige, men præcise rotationshastigheder, høj stabilitet af enheden
• Materiale: iglidur® i150
• Branche: Astrofotografering
• Succes gennem samarbejde: høj præcision, stabilitet og slidstyrke, lav friktion på grund af trykskiver

Et overblik over anvendelsen:
I astrofotografering tager man billeder af forskellige himmellegemer med lang eksponeringstid og gemmer dem på et passende medie. Alle, der nogensinde har ændret eksponeringstiden på deres eget digital- eller mobiltelefonkamera, ved, at fotos, der er taget med lang eksponeringstid, kan blive "slørede" ved minimale ændringer. Da jorden roterer om sin egen akse, er denne rotation også et problem for de lange eksponeringstider, der bruges i astrofotografering. Van Hove fra vhw Digitalart har udviklet en anordning, der kompenserer for jordens rotation for at kunne afbilde motiverne på himlen i deres virkelige form. Kravene til plastgearkassen var en rotation på 360 grader på præcis 24 timer, tilstrækkelig bæreevne for kameraet og objektivet samt høj stabilitet og slidstyrke for de enkelte komponenter. Det skulle også være muligt at indstille forskellige rotationshastigheder, afhængigt af hvilket objekt der skulle spores på himlen. Gearkassen og alle beslag til motor og elektronik blev fremstillet ved hjælp af 3D-printning med tribofilament® iglidur® i150. Ud over omkostningsfordelen ved de 3D-printede komponenter spillede den høje slidstyrke og egnethed til rotation og drejning af igus® højtydende plast også en stor rolle i valget af materiale og fremstillingsproces.

Der skal kompenseres for jordens rotation, så der kan laves lange eksponeringer over flere timer. Anordningen, der sikrer, at det himmellegeme, der skal afbildes, ikke bevæger sig fra kameraets perspektiv, og som skal flytte det og linsen eller teleskopet, så det er stabilt. Dette omfatter præcis og jævn rotation. En controller og et eksternt monteret kontrolpanel skal også indstille forskellige rotationshastigheder, da sporingstiden varierer fra objekt til objekt.

Hr. van Hove arbejdede tæt sammen med igus® for at finde de rigtige materialer til sit projekt. Belastningskapaciteten og præcisionen garanteres af RL-D-20 drejelejet med et reduktionsforhold på 1:38. Den høje stabilitet og slidstyrke i de 3D-printede gear og monteringer opnås med det tribologisk optimerede iglidur ® i150-filament, da materialet er særligt velegnet til applikationer med lave glidehastigheder. Gearkassen har et reduktionsforhold på 1:243. Friktionen i det 3D-printede gear reduceres af to trykskiver mellem komponenterne, hvilket sikrer en tabsfri rotation. Van Hove vurderer samarbejdet som "meget godt som sædvanligt".

Ved astrofotografering afbildes himmellegemer, stjernetåger og andre objekter på nattehimlen i synligt lys og lagres på forskellige medier. Kameraet er orienteret på den geografiske nordpol parallelt med jordens akse. Kameraets hældning svarer til breddegraden. Eksponeringstiden for sådanne fotografier er flere timer, og derfor skal kameraet tilpasses jordens daglige rotation. Ellers vil kun linjer være synlige i stedet for objekternes faktiske former. En passende anordning, en tracker, kompenserer for jordens rotation, hvis rotationshastigheden svarer nøjagtigt til en omdrejning pr. dag. Der er også forskellige rotationshastigheder afhængigt af det objekt, der skal spores. For stjerner tager en omdrejning 23 timer, 56 minutter og 4 sekunder. Månen kræver en omdrejningstid på 24 timer, 52 minutter og 28 sekunder, mens solen kræver præcis 24 timer.

Enheden skal kunne bære hele vægten af kameraet og objektivet eller teleskopet ved 360° rotation i løbet af 24 timer. Afhængigt af størrelse, model og udstyr kan dette være op til 4 kg. Den høje præcision i rotationen opnås med et drejeleje med en gearreduktion på 1:38. En mekanisk levetid på mindst 1.000.000 cyklusser garanterer også en lang levetid for det samlede system. Det 3D-printede gear med et reduktionsforhold på 1:243 øger styrken og har også en lang levetid takket være de anvendte trykskiver og den slidstærke iglidur i150-plast.

Det tribologisk optimerede iglidur i150-filament er let at bearbejde og passer til alle 3D-printere i FDM-processen. Ud over den høje slidstyrke ved lave glidehastigheder og de gode mekaniske egenskaber ved den højtydende polymer er iglidur i150 også egnet til kontakt med fødevarer i henhold til EU-forordning 10/2011. De integrerede faste smøremidler sikrer, at den er vedligeholdelsesfri, og de fleste anvendelser drager fordel af dens styrke og lagadhæsion.