Od prototypu až po finální produkt – kuličková ložiska vyrobená 3D tiskem snadná na instalaci

• Co bylo potřeba? Kluzná ložiska pro řízení ve vozidle vytištěném na 3D tiskárně.
• Výrobní metoda: Vytlačování vláken (FDM)
• Požadavky: nízká vůle, vysoká pevnost, vysoká odolnost proti oděru
• Materiál: iglidur i150
• Industry: Výrobní odvětví: automobilový průmysl
• Úspěch díky spolupráci: Dobrá kvalita povrchu, rychlejší výroba díky 3D tisku bez použití nástrojů, více času na vývoj, malá nebo žádná vůle ložiska

Aplikace na první pohled:
V rámci projektu "Chameleon" vyvinula britská společnost Scaled 3D čtyřkolové vozidlo vyrobené výhradně z komponentů vytištěných 3D tiskem. Během testů vozidla vzbudila negativní pozornost konstrukce systému řízení. Ložiska řízení měla příliš velkou vůli a hodně se opotřebovávala. Aby aplikace zůstala plně vytištěná ve 3D, začala společnost hledat houževnatý materiál odolný proti opotřebení, který by byl vhodnější pro ložisková místa. Po různých testech ve velkých a malých a formátech s tribofilamentem iglidur i150 vývojový tým nakonec navrhl pětidílné kluzné ložisko, které mělo velmi malou vůli a bylo výrazně odolnější proti opotřebení než ložiska z běžného plastu. To umožnilo splnit podmínku, že ložisko bude nadále pocházet z 3D tiskárny.

Řízení vozidla mělo příliš velkou vůli a rychle se stalo nepřesným. Hrozilo také riziko jeho rychlého opotřebení. Bylo tedy nutné vyrobit ložiska řízení s mnohem menší vůlí, která by odpovídala stávajícímu tvaru zbytku vozidla. Hloubka kluzných ložisek neměla přesáhnout 20 mm. Spodní ze dvou ložisek muselo mít také dělený vnitřní kroužek, aby bylo možné je namontovat na sloupek řízení, který má na každém konci dvě sady radiálních šroubů. Součásti musely mít také výrazně vyšší pevnost než dříve instalovaná ložiska vyrobená ze standardního PLA.

Společnost Scaled 3D našla pro svůj projekt "Chameleon" ideální materiál v tribofilamentu iglidur i150-PF, který je tribologicky optimalizovaný. Tento filament se velmi snadno zpracovává ve velkoobjemové tiskárně a nabízí dobré mechanické vlastnosti z hlediska pevnosti, houževnatosti a přilnavosti vrstev při kluzných aplikacích. Ložisko bylo upraveno do podoby pětidílného kuličkového ložiska, které bylo zpočátku testováno jako prototyp. Během testů byla vůle v ložisku při excentrickém zatížení během otáčení velmi nízká. Již testy ve vývojové fázi byly velmi smysluplné, protože finální komponenty budou vyráběny stejným postupem.

Hlavním cílem projektu "Chameleon" z Velké Británie bylo vyvinout vozidlo, které pochází výhradně z 3D tiskárny. Myšlenkou projektu byl přechod od sériové výroby k rychlé výrobě na míru zákazníkovi. Aditivní výroba bez použití nástrojů měla zároveň umožnit použití recyklovaného materiálu. Podle společnosti Scaled 3D bude v budoucnu možné používat v 3D tištěných vozidlech a konstrukcích 100% recyklovaný materiál. Zatím se týmu Chameleon podařilo pracovat s 30 % recyklovaného materiálu v prvním prototypu z roku 2020. Rychlost, s jakou lze díly 3D tisknout, je pro tento projekt mimořádně výhodná: maximální doba tisku 83 minut pro velký díl (1,375 kg) znamenala, že tyto díly mohly být nakresleny, vytištěny a otestovány ještě týž den. Velká výhoda rychlosti oproti takovým procesům, jako je frézování a vstřikování, měla velmi pozitivní vliv na volnost vývoje vozidla, která byla podpořena volností návrhu geometrie dílů.

Aby společnost získala přehled o tribologických vlastnostech tribofilamentu iglidur i150, testovala nejprve komponenty v malém formátu. Nejprve byly vytištěny vnořené válce, jejichž neupravený povrch byl již ve srovnání s jinými materiály velmi kvalitní. Poté byly díly vytištěny ve velkém formátu a mezi jejich působivé vlastnosti patřila dobrá kvalita povrchu. Kuličkové ložisko, které mělo být vyměněno, pak bylo znovu vytištěno z igliduru i150. Kolejnice z materiálu I150 a klec kuličkového ložiska se ukázaly jako dobří kluzní partneři pro provoz s nízkým třením. Nakonec vzniklo pětidílné kuličkové ložisko.

Při testech kuličkového ložiska iglidur i150 byla vůle při excentrickém zatížení během otáčení velmi nízká. Poté byl vyvinut systém dvojitého ložiska, který se hodí do systému řízení Chameleon. Podle společnosti Scaled 3D je kvalita tisku ložisek iglidur i150 srovnatelná s kvalitou tisku z ASA a mnohem lepší než z běžného PLA. I přes výšku vrstvy 1 mm byla kvalita povrchu velmi dobrá. Kromě dobré kvality součástek je společnost spokojena také se snadnou montáží dílů. Tribofilament je vhodný jak pro malé aplikace, tak pro projekty s velkoplošnou tiskárnou. Má dobré mechanické vlastnosti, a proto je vhodný pro většinu aplikací a 3D tiskáren. iglidur i150 je také v souladu s nařízením EU 10/2011 a je vhodný pro aplikace v potravinářském a obalovém průmyslu.