Høje accelerationer og op til 80 °C: Pålidelige lineære lejer til 3D-printere

Kühling&Kühling blev grundlagt i 2012 og sælger sine kunder fleksible og let skalerbare 3D-produktionsløsninger. Til realiseringen af den første serieproducerede 3D-printer var den Kiel-baserede løsningsekspert på udkig efter en energikæde til sikker kabelføring og en passende linerlejerløsning. En 3D-printers krav til lejeteknologien er høje: Maskinernes høje ydeevne kræver bevægelige komponenter, der kan modstå høje accelerationer over en lang periode uden problemer og med så lidt vedligeholdelse som muligt. Derudover resulterer det dynamiske indre arbejde også i enorme temperaturer på op til 80 °C, som det var nødvendigt at finde de rigtige materialer til. Endelig skulle de indbyggede dele også opfylde de høje krav til støjsvaghed.

Virksomheden Kühling&Kühling med base i Kiel har været en af dem siden 2012. De to grundlæggere, mekatronikingeniørerne Jonas og Simon Kühling, har specialiseret sig i open source-hardwareudvikling og -produktion inden for 3D-printere. Efter halvandet års udvikling har det første produkt, "RepRap Industrial", været i serieproduktion siden slutningen af 2013. Det er en omkostningseffektiv løsning til pålidelig hurtig prototyping af høj kvalitet, især til krævende kontinuerlig brug.

Systemet videreudvikles hele tiden og har netop fået en grundlæggende opdatering og forskellige forbedringer med version "v1.1.0". Alle materialer, der opfylder visse grundlæggende specifikationer, kan bearbejdes, lige fra termoplast med høj styrke og fiberfyldt plast til gummielastiske materialer. Printere, der er tilgængelige til husholdningsbrug eller modellering, tillader kun brug af et meget begrænset udvalg af printmaterialer. Her anvendes overvejende en såkaldt "bioplast", som er baseret på majs og generelt ikke kan modstå de tekniske krav til industriel brug. Det skyldes, at denne plast allerede svigter ved temperaturer over 45 °C - temperaturgrænserne i industrien er betydeligt højere. Sammenlignet med andre 3D-printere til industriel brug anbefales "RepRap Industrial" især på grund af prisen. Den er omkring 25 til 30 procent lavere end sammenlignelige systemer. Succesen giver Kühling&Kühling ret: Antallet af enheder stiger hele tiden og er firedoblet inden for et år.

Alle materialer, der opfylder visse grundlæggende specifikationer, kan bearbejdes, lige fra termoplast med høj styrke og fiberfyldt plast til gummielastiske materialer.

Simon Kühling husker søgningen efter en passende leverandør: "Da vi begyndte at udvikle systemet, tænkte vi i første omgang på klassiske kuglelejer. Disse har flere ulemper. For det første er de for dyre med en stykpris på omkring 12 euro, og for det andet holder de op med at fungere ved en driftstemperatur på 65 °C. På dette tidspunkt begynder tætningerne at svigte. Så begynder tætningerne at svigte, og smøringen slides op." Det førte til lineære glidelejer med glideflader af plast. "Af omkostningsmæssige årsager testede vi i første omgang asiatiske produkter," siger Simon Kühling. "Men de opfyldte på ingen måde vores krav, for slet ikke at tale om en hurtig og langsigtet leveringsevne."

Til kabelføringen valgte den Kiel-baserede specialist vores energikæde fra E2-mikroserien, som optager meget lidt installationsplads og er udviklet til særligt dynamiske anvendelser. Derudover blev dryspin® spindelføringer, drylin® R lineære glidelejer og lineære glidelejer af iglidur® E7 brugt som en lineær lejeløsning i 3D-printergenerationen. I modsætning til konventionelle recirkulerende kuglebøsninger viste de lineære lejer af materialet iglidur® sig at være en omkostningseffektiv og samtidig højtydende løsning.
De opfylder de høje krav til støjemission, køreacceleration og kontinuerlig temperaturbestandighed. Desuden er de levetidssmurte lineære glidelejer vedligeholdelsesfrie og har derfor et særligt lavt slid og en lang levetid. 
Takket være den præcise positionering af lejeelementerne, selv under hurtige bevægelser, og fraværet af vibrationer, kan kunderne også opnå optimale produktionsresultater med deres 3D-printere.

Lineær- og drevteknologien "drylin®" fra igus® tilbyder designere af 3D-printere forskellige komponenter - altid helt smørefri og tilgængelige inden for 24 timer og uden minimumsordreantal. En anden fordel ved at bruge lineære glidelejer lavet af højtydende plast er deres stille gang; der er ingen mekanisk rullestøj som med metal- eller keramikkugler.

I alt tolv igus®lejeprodukter bruges i "RepRap Industrial": stålaksler og lineære styreadaptere med glidefolier lavet af "iglidur®" højtydende plast til at styre den respektive akse, samt blyskruer og plastgevindmøtrikker som aksedrev. De lineære glidelejer har samme design som recirkulerende kuglebøsninger, er økonomiske og nemme at installere. De dæmper også vibrationer. Dette er så meget desto vigtigere, da 3D-printning ikke genererer store kræfter, men der forekommer hurtige accelerationer. Derfor skal aksen være let.

Kühling&Kühling's 3D-printer bruger også produkter fra den anden store forretningsafdeling hos igus®, plastikenergikæder. Kæderne fra "E2 micro" familien, der bruges her, er kendetegnet ved deres ekstremt pladsbesparende design, lave vægt og særligt bløde rullebevægelser. De glatte konturer af plast-energikæden beskytter også de indsatte kabler.

Online-kataloget fra igus® har allerede givet os et godt overblik over sortimentet og de produkter, der passer til os. Men den personlige rådgivning hjalp os meget med at vælge det rigtige blandt de mange muligheder."

Derudover var der en konstant dialog om grænserne og mulighederne for de enkelte komponenter og mulige nyudviklinger. Det sidste gjaldt f.eks. inden for glidefolier. Den aktuelt præsenterede "iglidur® E7" glidefolie er specielt udviklet til lineære bevægelser. Dens særlige styrke er dens høje levetid og lave slidhastighed på aksler af stål, forkromet stål og alle typer rustfrit stål. Driftstemperaturen går fra -30 til + 80 °C. " E7" fås som glidefolie til diametre fra 10 til 50 mm og kan kombineres med alle lineære huse fra serien "drylin® R".