Exakt och stabil växellåda från 3D-skrivaren – billiga komponenter för astrofotografering

• Vad behövdes: en drivanordning som roterar en enhet med kamera och objektiv 360° på 24 timmar
• Tillverkningsmetod: filamentextrudering (FDM)
• Krav: kostnadseffektiv, olika men exakta rotationshastigheter, hög stabilitet för enheten
• Material: iglidur I150
• Bransch: astrofotografering
• Framgång genom samarbete: hög precision, stabilitet och nötningsbeständighet, låg friktion tack vare tryckbrickor

Riggen med växellådan och den externa kontrollpanelen måste kunna rotera spegelreflexkameran och teleskopet på ett stabilt sätt.

Kortfattad beskrivning av användningsområdet:
Inom astrofotografering avbildas olika himlakroppar med hjälp av lång slutartid och lagras på ett lämpligt medium. Alla som har ändrat slutartiden på sin egen digital- eller mobiltelefonkamera vet att foton som tagits med lång slutartid blir suddiga även vid minimala rörelser. Eftersom jorden roterar runt sin egen axel är denna rotation också ett problem för de långa exponeringstiderna inom astrofotografi. Van Hove från företaget vhw Digitalart har utvecklat en rigg som kompenserar för jordens rotation för att motiven på himlen ska kunna avbildas naturtroget. Kraven på plastväxellådan var att den skulle kunna rotera 360 grader på exakt 24 timmar, att den hade tillräcklig lastkapacitet för kameran och objektivet samt att de enskilda komponenterna var mycket stabila och slitstarka. Dessutom ska det vara möjligt att ställa in olika rotationshastigheter, beroende på vilken himlakropp som ska följas. Växellådan, liksom alla fästen för motorn och elektroniken, tillverkades genom 3D-utskrift med tribofilamentet iglidur I150. Utöver kostnadsfördelarna med de 3D-utskrivna komponenterna, spelade den höga slitstyrkan och lämpligheten för rotations- och svängtillämpningar av igus kvalitetsplast också en stor roll vid valet av material och tillverkningsmetod.
 

Exempel på förändring i fotot vid kompensation av jordens rotation.

Problem

Jordens rotation måste kompenseras för att en slutartid på flera timmar ska kunna användas. Riggen som sörjer för att den himlakropp som ska avbildas inte försvinner ur kamerans fokus måste klara att hålla upp och manövrera objektivet eller teleskopet stabilt. Detta innefattar en exakt och jämn rotation. Med hjälp av ett styrsystem och en extern kontrollpanel ska det också vara möjligt att ställa in olika rotationshastigheter, eftersom spårningstiderna för olika objekt skiljer sig åt.
 

Lösning

I nära samarbete med igus fann Van Hove rätt material för sitt projekt. Det roterande lagret RL-D-20 sörjer för bärförmåga och precision med en utväxling av 1:38. Den höga stabiliteten och nötningsbeständigheten hos de 3D-utskrivna kugghjulen och fästena uppnås med det tribologiskt optimerade filamentet iglidur I150, eftersom det är särskilt lämpligt för tillämpningar med låga glidhastigheter. Växellådan har en utväxling på 1:243. De 3D-utskrivna kugghjulens friktion reduceras med två tryckbrickor mellan komponenterna och en förlustfri rotation uppnås. van Hove bedömer samarbetet som ”som vanligt mycket bra”.
 

Hur fungerar astrofotografering?

Vid astrofotografering avbildas himlakroppar, nebulosor och andra objekt på stjärnhimlen i synligt ljus och lagras på olika medier. Kameran riktas mot den geografiska nordpolen och parallellt med jordens axel. Kamerans lutning motsvarar breddgraden. Slutartiden för sådana fotografier är flera timmar, varför kameran måste anpassas efter jordens dagliga rotation. Annars visas bara streck istället för objektens verkliga form. Genom en rigg, en så kallad tracker, kan jordens rotation kompenseras om hastigheten exakt motsvarar ett varv per dag. Beroende på vilket objekt som ska följas finns också olika varvtalsinställningar. För stjärnor tar en rotation 23 timmar, 56 minuter och 4 sekunder. Riggen följer månen med en rotation på 24 timmar, 52 minuter och 28 sekunder, medan rotationen tar exakt 24 timmar vid spårning av solen.
 

Nedan: Kugghjulen i växellådan.

Hög precision trots hög nyttolast

Riggen ska klara att bära upp hela kameran och objektivet eller teleskopet under 360°-rotationen under 24 timmar. Beroende på storlek, modell och utrustning kan den väga upp till 4 kg. Rotationsmekanismens höga precision uppnås genom ett vridlager med en utväxling på 1:38. Med en mekanisk livslängd på minst 1 000 000 cykler garanteras också en hög livslängd. Den 3D-utskrivna växellådan med en utväxling på 1:243 stöder stabiliteten och har också hög livslängd tack vare tryckbrickorna och den slitstarka plasten iglidur I150.
 

Kugghjulen samt fästena för motorn och elektroniken är tillverkade av tribofilamentet iglidur I150.

iglidur I150 – ett tribofilament med många styrkor

Det tribologiskt optimerade filamentet iglidur I150 är lätt att bearbeta och lämpligt för alla 3D-skrivare som använder FDM-metoden. Utöver den höga nötningsbeständigheten vid låga glidhastigheter och de goda mekaniska egenskaperna hos den högklassiga polymeren är iglidur I150 också lämplig för kontakt med livsmedel i enlighet med EU-förordning 10/2011. Tack vare de integrerade fasta smörjmedlen är materialet underhållsfritt och de flesta användningsområden drar nytta av plastens hållfasthet, seghet och skiktvidhäftning.
 

I detalj: kugghjul av iglidur I150 och tryckbrickorna däremellan.