Hur prototypen blev till en slutprodukt – monteringsfärdiga kullager från 3D-skrivare

• Vad som behövdes: glidlager för styrningen i det 3D-utskrivna fordonet
• Tillverkningsmetod: filamentextrudering (FDM)
• Krav: lite spel, hög hållfasthet, hög nötningsbeständighet
• Material: iglidur I150
• Bransch: bilbranschen
• Framgång genom samarbete: bra ytkvalitet, snabbare produktion tack vare verktygsfria 3D-utskrifter, mer tid för utveckling, litet eller inget spel i lagren

 
Tillämpningen i korta drag:
Det brittiska företaget Scaled 3D har utvecklat ett fyrhjuligt fordon i sitt projekt ”Chameleon” som endast består av 3D-utskrivna komponenter. Vid testning av fordonet underkändes styrningens design. Styrlagren hade för mycket spel och slitage. För att tillämpningen skulle kunna hållas helt 3D-utskriven började företaget leta efter ett slitstarkt och segt material som skulle vara mer lämpligt för lagerpunkterna. Efter olika små- och storskaliga tester med tribofilamentet iglidur I150 kunde teamet äntligen utveckla ett femdelat glidlager som hade väldigt lite spel och som genom materialets tribologiska egenskaper var betydligt mer slitstarkt än lager av konventionell plast. Detta gjorde det möjligt att uppfylla villkoret att lagret ska fortsätta att komma från 3D-skrivaren.
 

Målet för ”Chameleon”-projektet från det brittiska företaget Scaled 3D var att tillverka ett fordon helt med en 3D-skrivare.

Problem

Styrsystemet i det 3D-utskrivna fordonet hade för stort spel och blev snabbt för oprecist. Dessutom riskerade det att slitas ut snabbt. Det behövdes alltså styrlager som hade betydligt mindre spel, men som passade in i det övriga fordonets befintliga form. Därför ska glidlagrens djup inte överstiga 20 mm. Det nedre av de båda lagren måste också ha en delad innerring för att möjliggöra montering med rattstången, som har två uppsättningar radiella bultar i varje ände. Komponenterna ska också ha en betydligt högre hållfasthet än lager av vanlig PLA som användes tidigare.
 

Lösning

Med det tribologiskt optimerade tribofilament iglidur I150-PF hittade Scaled 3D det perfekta materialet för ”Chameleon”-projektet. Filamentet är mycket lätt att bearbeta i en stor 3D-skrivare och har goda mekaniska egenskaper när det gäller styrka, seghet och skiktvidhäftning i glidande tillämpningar. I slutändan byggdes lagret om till ett femdelat kullager, som först testades som en prototyp. Under testerna var spelet i lagret mycket litet när lasten var utanför centrum under rotation. Testerna gav viktig information redan under utvecklingsfasen, eftersom de slutgiltiga komponenterna skulle tillverkas med samma metod.
 

Projektet ”Chameleon” – individuell och hållbar tillämpning

Huvudmålet för det brittiska "Chameleon"-projektet var att konstruera ett fordon som helt och hållet tillverkas med 3D-skrivare. Tanken bakom var att skifta från masstillverkning till en snabbare, anpassad produktion. Samtidigt ska verktygsfri, additiv tillverkning göra det möjligt att använda återvunnet material. Enligt Scaled 3D ska det i framtiden vara möjligt att använda 100 % återvunnet material i 3D-utskrivna fordon och strukturer. Hittills har Chameleon-teamet lyckats använda 30 % återvunnet material i den första prototypen från 2020. Hastighetsaspekten av de 3D-utskrivna komponenterna är särskilt fördelaktig för detta projekt: med högst 83 minuters utskriftstid för en stor komponent som väger 1,375 kg kan dessa delar ritas, skrivas ut och testas samma dag. Den enorma hastigheten jämfört med bearbetningsprocesser som fräsning eller formsprutning hade mycket positiv inverkan på friheten vid design, vilket kompletterades av konstruktionsfriheten i delarnas geometri.
 

Lagren till styrsystemet tillverkas också med en stor 3D-skrivare

Vägen till de rätta lagren

För att få en överblick över de tribologiska egenskaperna hos tribofilamentet iglidur I150 testade företaget först komponenterna i ett litet format. Först skrevs kapslade cylindrar ut, vars obehandlade yta redan var av mycket god kvalitet jämfört med andra material. Därefter stora delar ut, vilka i slutändan också imponerade med sin höga ytkvalitet. Kullagret som ska bytas ut skrevs sedan ut med iglidur I150. I150-löpringarna och kullagerbanan visade sig vara mycket lämpliga komplement för drift med låg friktion. Till slut hade ett femdelat kullager tillverkats.
 

Kullagerprototypen: till vänster av konventionell plast och till höger av iglidur I150

Universalalternativet bland igus tribofilament: iglidur I150

Under testerna av kullagren av iglidur I150 var spelet i lagret mycket lågt vid excentrisk belastning under rotation. Därefter utvecklades ett dubbellagersystem som skulle passa in i Chameleon-styrsystemet. Enligt Scaled 3D är utskriftskvaliteten för lager av iglidur I150 jämförbart med lager av ASA och betydligt bättre än konventionell PLA. Trots en skikthöjd på 1 mm var ytkvaliteten mycket hög. Utöver komponenternas höga kvalitet fastnade företaget också för hur lätt det var att montera delarna. Tribofilamentet är både lämpligt för små tillämpningar samt för projekt med stora skrivare. Det har goda mekaniska egenskaper, vilket gör det lämpligt för de flesta användningsområden och 3D-skrivare. Dessutom är iglidur I150 livsmedelssäkert enligt EU-förordning 10/2011 och lämpar sig även för tillämpningar inom livsmedels- och förpackningsindustrin.
 

Tribofilamentet iglidur I150 passar för alla 3D-skrivare.