3D yazıcıdan aşınmaya dayanıklı saat mekanizması parçaları

• Neye ihtiyaç vardı? Mekanik bir saat mekanizması için bileşenler
• Üretim süreci: Filament ekstrüzyon (FDM)
• Gereksinimler: Yüksek aşınma direnci, iyi mekanik özellikler, detay hassasiyeti
• Malzeme: iglidur® i150
• Endüstri Model yapımı
• İşbirliği sayesinde başarı: aşınma direncinin artması, bileşenlerin kullanım ömrünün önemli ölçüde uzaması, eşapmanın ve dolayısıyla bir bütün olarak mekanizmanın daha düzenli çalışması

Bir bakışta uygulama:
Jugend Forscht projesinin bir parçası olarak Kai Schmidt-Brauns tamamen 3D yazdırılabilir bir hareket oluşturdu ve mekanik bir hareketin eşapmanının matematiksel olarak hesaplanan profil eğrisini deneysel olarak belirlenen bir profil eğrisiyle karşılaştırdı. İlgili profil eğrilerini test etmek için, matematiksel modeline dayanan mekanik bir hareket yazdırdı. Wolfsburglu öğrenci, geleneksel PLA bileşenleriyle yapılan testlere ek olarak, farklı profil eğrilerini tribofilament® iglidur® i150 bileşenleriyle de test etti. Bu, igus® malzemesiyle eşapmanın daha iyi bir performans gösterdiğini doğruladı. Tribolojik olarak optimize edilmiş filament sayesinde, özellikle yüksek mekanik yüklere maruz kalan bileşenler, geleneksel PLA'dan yapılan parçalara göre önemli ölçüde daha uzun hizmet ömrü ve daha düzenli çalışma elde edebildi.

Mekanik bir hareketin hassas bir şekilde çalışabilmesi için mekanizmanın tüm bileşenlerinin geometrisinin tam olarak belirlenmesi ve hareketli parçalar arasındaki sürtünmenin en aza indirilmesi gerekir. Kai Schmidt-Brauns'un projesinin amacı, 3D yazdırılabilir hareket için bir eşapman mekanizması tasarlamak ve ardından matematiksel bir model kullanarak geometrisini belirlemekti. Matematiksel model daha düzenli bir hareketle sonuçlansa da, hareketi daha da doğru hale getirmenin başka yolları olup olmadığı sorusu ortaya çıktı. Geleneksel PLA'dan yapılan 3D baskılı bileşenlerle yapılan testlerde, sarım mekanizmasındaki mandal (mandal çarkı ve mandal halkasından oluşan) gibi ağır yüklü parçalar özellikle yüksek bir hizmet ömrüne sahip değildi.

Geleneksel PLA'dan yapılan hareketle yapılan testlerden sonra Kai Schmidt-Brauns, kritik bileşenleri igus® tribofilament® iglidur® i150'den basılan numunelerle değiştirdi. Karşılaştırma, iglidur® i150'den yapılan bileşenler arasındaki kayma ve statik sürtünmenin önemli ölçüde azaldığını ortaya koydu. Buna ek olarak, igus® malzemesinin yüksek aşınma direnci sayesinde mandalın kullanım ömrü artmış ve eşapmanın daha düzenli çalıştığı gözlemlenmiştir.

Jugend Forscht, 4. sınıftan 21 yaşına kadar olan öğrenciler için genç yeteneklere yönelik bir Alman yarışmasıdır. Katılımcılar matematik, bilgisayar bilimleri ve doğa bilimleri alanlarında kendi seçtikleri problemler üzerinde çalışabilir ve bunları sunabilirler. Bu yarışmanın bir parçası olarak Wolfsburg'dan Kai Schmidt-Brauns ilk olarak 3D yazdırılabilir bir eşapman mekanizmasının bileşenlerinin tam geometrisini belirlemek için matematiksel bir model oluşturdu. Bu özellikle, iyi tanımlanmış parametrelerden hesaplayabildiği profil çarkının profil eğrisini içeriyordu. Bir saatin eşapmanı, saatin doğruluğunu belirleyen parçadır. Eşapman mekanizması "düzenli aralıklarla" örneğin bir çapa yardımıyla dişli çarkı durdurur ve saatteki bir dakikanın bir dakikaya karşılık gelmesini ve bazen 61 bazen de 55 saniye sürmemesini sağlar. Projenin bir sonraki adımında Kai Schmidt-Brauns, hesaplanan profil eğrisini deneysel olarak belirlenen profil eğrisiyle karşılaştırdı. Hesaplanan profil eğrisine sahip hareketin, deneysel olarak belirlenen profil eğrisinden daha düzenli bir orana sahip olduğunu buldu.

Kai Schmidt-Brauns, matematiksel formül ile ampirik olarak belirlenen profil eğrisini karşılaştırmanın yanı sıra, farklı malzemelerle eşapmanları test etti. Seçim tribofilament® iglidur® i150 üzerinde yapıldı. Öğrenci, 40 °C yatak sıcaklığı, 0,1 mm katman yüksekliğinde 30 mm/s baskı hızı ve 250 °C ekstrüder sıcaklığı ile igus® filamenti ile en iyi sonuçları elde etti. Geleneksel PLA ile karşılaştırıldığında, bir test çalışması sırasında eşapmanın önemli ölçüde daha düzenli bir hareketini de belirleyebildi. Eşapmandaki sonuçlara ek olarak, tribolojik olarak optimize edilmiş filament, ağır yüklü bileşenlerde aşınma direncinde bir iyileşme sağlayabilmiştir. Saatin kurma mekanizmasında yer alan mandalın mandal halkasının (resme bakın) geleneksel PLA ile iglidur® i150'ye kıyasla çok daha sık değiştirilmesi gerekmiştir. Ayrıca, iglidur® i150'den basılan spiral bir yay ile yapılan testler sonucunda geleneksel PLA'ya kıyasla daha yüksek bir tokluk ve esneklik kaydedebilmiştir.

iglidur® i150'ye ek olarak, igus® 3D baskı için tribolojik olarak optimize edilmiş başka birçok filament sunar. Hepsinin ortak noktası, yüksek aşınma dirençleri nedeniyle kayma uygulamaları için tasarlanmış olmalarıdır. iglidur® i150, PLA ve PETG filamentleri gibi çok kolay işlenebilir. İgus® test laboratuvarında yapılan aşınma testinde, igus® tribofilamentleri PLA ve ABS gibi geleneksel plastiklerden 50 kata kadar daha iyi performans göstermiştir (resme bakın). Ayrıca AB Yönetmeliği 10/2011 uyarınca gıda uyumludur ve bu nedenle gıda ve ambalaj endüstrisindeki ilgili uygulamalar için uygundur. Çok yönlü filament, işleme kolaylığı sayesinde baskıya yeni başlayanlar için özellikle uygundur. Uzmanların yardımı gerekiyorsa, 3D baskı hizmeti de 1-3 günlük bir teslimat süresiyle her zaman kullanılabilir.