ชิ้นส่วนเครื่องจักรที่ทนทานต่อการสึกหรอจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

• สิ่งที่ต้องเตรียมการ:ส่วนประกอบสำหรับเครื่องจักรกล
• ขั้นตอนการผลิต:การอัดขึ้นรูปเส้นใย (FDM)
• สิ่งที่ต้องเตรียม:ทนต่อการเสียดสีสูง คุณสมบัติทางกลที่ดี ความแม่นยำของรายละเอียด
• วัสดุ:iglidur I150
• อุตสาหกรรม:การจำลองแบบ
• ตัวอย่างความสำเร็จของลูกค้า: ความต้านทานการสึกหรอที่ดีขึ้น อายุการใช้งานของชิ้นส่วนยาวนานขึ้นอย่างมาก การวิ่งหนีภัยที่สม่ำเสมอมากขึ้น และการทำงานของกลไกนาฬิกาโดยรวม

การใช้งานแบบต่อเนื่อง :
เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Jugend Forscht Kai Schmidt-Brauns ได้สร้างเครื่องจักรที่พิมพ์ได้ 3 มิติโดยสมบูรณ์ และเปรียบเทียบเส้นโค้งโปรไฟล์ที่คำนวณทางคณิตศาสตร์ของกลไกนาฬิกากับเส้นโค้งโปรไฟล์ที่กำหนด เพื่อทดสอบความสมูทแต่ละเส้น เขาพิมพ์กลไกนาฬิกาตามแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของเขา นอกจากการทดลองกับส่วนประกอบที่ทำจาก PLA แบบเดิมแล้ว ชมิดท์-บรานส์ยังทดสอบส่วนโค้งของโปรไฟล์ต่างๆ ด้วยส่วนประกอบที่ทำจากไตรโบฟิลาเมนต์ iglidur I150 สิ่งนี้ยืนยันว่าวัสดุ igus ทำงานได้ดีขึ้น เนื่องจากฟิลาเมนต์ที่ปรับให้เหมาะสมแบบไตรโบโลยี ส่วนประกอบที่ต้องรับน้ำหนักทางกลสูงเป็นพิเศษจึงสามารถมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและวิ่งได้ปกติมากกว่าชิ้นส่วนที่ทำจาก PLA แบบเดิม
 

กลไกจักรกลจากด้านหน้า: พลังงานถูกเก็บไว้ในกลไกไขลาน

ปัญหา

เพื่อให้กลไกจักรกลทำงานได้อย่างถูกต้อง รูปทรงของส่วนประกอบทั้งหมดของกลไกต้องได้รับการกำหนดอย่างแม่นยำ และแรงเสียดทานระหว่างชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวต้องต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เป้าหมายของโครงการของ Kai Schmidt-Brauns คือการออกแบบกลไกการหลบหนีสำหรับเครื่องจักรที่พิมพ์ได้ 3 มิติ และต่อมากำหนดรูปทรงเรขาคณิตของมันด้วยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ แม้ว่าแบบจำลองทางคณิตศาสตร์จะทำให้กลไกนาฬิกาเคลื่อนตัวได้สม่ำเสมอมากขึ้น แต่คำถามก็เกิดขึ้นถึงวิธีอื่นๆ ในการทำให้กลไกนาฬิกาแม่นยำยิ่งขึ้น นอกจากนี้ ในการทดสอบด้วยส่วนประกอบการพิมพ์ 3 มิติที่ทำจาก PLA แบบเดิม ชิ้นส่วนที่มีแรงกดสูง เช่น วงล้อ (ประกอบด้วยล้อเฟืองและขอบเฟือง) ในลิฟต์ยก ไม่มีอายุการใช้งานที่ยาวนานเป็นพิเศษ

โซลูชัน

หลังจากการทดสอบด้วยกลไกนาฬิกาที่ทำจาก PLA แบบเดิม Kai Schmidt-Brauns ได้เปลี่ยนส่วนประกอบที่สำคัญด้วยตัวอย่างที่พิมพ์จากไทรโบฟิลาเมนต์ igus iglidur I150 ในการเปรียบเทียบ จะเห็นได้ว่าแรงเสียดทานแบบเลื่อนและแบบสถิตระหว่างส่วนประกอบที่ทำจาก iglidur I150 ลดลงอย่างเห็นได้ชัด นอกจากนี้ ด้วยความทนทานต่อการสึกหรอสูงของวัสดุ igus อายุการใช้งานของเฟืองล้อจึงสามารถเพิ่มขึ้นได้ เช่นเดียวกับการเคลื่อนที่ของตัวหนีที่สม่ำเสมอมากขึ้น

เครื่องจักรที่แม่นยำอย่างสมบูรณ์จากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

Jugend Forscht เป็นการแข่งขันภาษาเยอรมันสำหรับนักวิจัยรุ่นเยาว์ตั้งแต่ชั้นประถมศึกษาปีที่ 4 จนถึงอายุ 21 ปี ผู้เข้าร่วมสามารถทำงานและเสนอปัญหาที่ต้องการได้ในสาขาคณิตศาสตร์ วิทยาการคอมพิวเตอร์ และวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ในการแข่งขันครั้งนี้ Kai Schmidt-Brauns จาก Wolfsburg ได้สร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ขึ้นเป็นครั้งแรกเพื่อกำหนดรูปทรงที่แน่นอนของส่วนประกอบต่างๆ ของกลไกการหลบหนีที่พิมพ์ได้ 3 มิติ โดยเฉพาะส่วนโค้งของโปรไฟล์ของวงล้อโปรไฟล์ ซึ่งเขาสามารถคำนวณได้จากพารามิเตอร์ที่กำหนดไว้อย่างดี การหลบหนีของนาฬิกาเป็นส่วนที่กำหนดความแม่นยำของนาฬิกา กลไกการหลบหนีจะ "ยับยั้ง" ชุดเกียร์เป็นระยะๆ เช่น โดยใช้ส้อมอัดเม็ด และทำให้มั่นใจได้ว่าหนึ่งนาทีในนาฬิกาจะเท่ากับหนึ่งนาทีและบางครั้งอาจอยู่ได้ไม่เกิน 61 และบางครั้ง 55 วินาที ในขั้นตอนต่อไปของโครงการ Kai Schmidt-Brauns เปรียบเทียบเส้นโค้งโปรไฟล์ที่คำนวณกับเส้นโค้งโปรไฟล์ที่กำหนดโดยสังเกต เขาพบว่าการเคลื่อนไหวด้วยเส้นโค้งโปรไฟล์ที่คำนวณได้มีอัตราปกติมากกว่าเส้นโค้งโปรไฟล์ที่กำหนดโดยสังเกต

กลไกจักรกลจากด้านหลัง: ด้านซ้ายสุดคือวงล้อโปรไฟล์ ซึ่งต้องกำหนดความโค้งของโปรไฟล์อย่างแม่นยำ

การเคลื่อนไหวที่แม่นยำยิ่งขึ้นด้วย iglidur I150

นอกเหนือจากการเปรียบเทียบสูตรทางคณิตศาสตร์และเส้นโค้งโปรไฟล์ที่กำหนดโดยสังเกตแล้ว Kai Schmidt-Brauns ได้ทดสอบการหลบหนีด้วยวัสดุที่แตกต่างกัน ตัวเลือกนี้ตกอยู่ที่ไตรโบฟิลาเมนต์ iglidur I150 ด้วยอุณหภูมิเตียงที่ 40°C ความเร็วในการพิมพ์ 30 มม./วินาที ที่ความสูงของชั้น 0.1 มม. และอุณหภูมิของเครื่องอัดรีดที่ 250°C นักเรียนจึงได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดด้วยเส้นใยจาก igus เมื่อเปรียบเทียบกับ PLA ทั่วไป เขายังสามารถตรวจจับการหลบหนีที่สม่ำเสมอมากขึ้นในระหว่างการทดสอบ นอกจากผลลัพธ์ในการหลบหนีแล้ว ฟิลาเมนต์ที่ปรับให้เหมาะสมแบบไตรโบโลยียังสามารถปรับปรุงส่วนประกอบที่รับแรงกดสูงด้วยความต้านทานการสึกหรอได้ ขอบวงล้อของเฟืองล้อ (ดูรูป) ซึ่งอยู่ในกลไกการไขลานของเครื่องจักร จะต้องเปลี่ยนบ่อยขึ้นอย่างมากเมื่อใช้ PLA แบบเดิมเมื่อเทียบกับ iglidur I150 นอกจากนี้ จากการทดสอบด้วยสปริงเกลียวที่พิมพ์จาก iglidur I150 เขาสามารถบันทึกความเหนียวและความยืดหยุ่นได้สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับที่ทำจาก PLA ทั่วไป

วงล้อที่ทำจาก iglidur I150 ประกอบด้วยวงล้อวงล้อและขอบวงล้อ

igus tribofilaments เพื่ออายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นของแอปพลิเคชัน

นอกจาก iglidur I150 แล้ว igus ยังมีเส้นใยที่ปรับให้เหมาะสมทางไตรโบโลยีอื่นๆ อีกมากมายสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ ทั้งหมดมีความทนทานต่อการขัดถูสูงสำหรับงานร่อน iglidur I150 สามารถแปรรูปได้ง่ายมาก เช่นเดียวกับเส้นใย PLA และ PETG ในการทดสอบการสึกหรอจากห้องปฏิบัติการทดสอบภายในบริษัทของ igus เส้นใยไตรโบฟิลาเมนต์ igus ทำงานได้ดีกว่าพลาสติกทั่วไปถึง 50 เท่า เช่น PLA และ ABS (ดูรูป) นอกจากนี้ยังเป็นไปตามข้อกำหนดของสหภาพยุโรป 10/2011 จึงเหมาะสำหรับการใช้งานที่เหมาะสมในอุตสาหกรรมอาหารและบรรจุภัณฑ์ เส้นใยรอบด้านเหมาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องพิมพ์มือใหม่เนื่องจากการประมวลผลที่ง่ายดาย บริการการพิมพ์ 3 มิติยังสามารถใช้ได้ตลอดเวลาด้วยเวลาจัดส่ง 1-3 วันหากต้องการความช่วยเหลือจากผู้เชี่ยวชาญ

การทดสอบการสึกหรอของ iglidur I150: แกน Y = อัตราการสึกหรอ [μm/km] 1. iglidur I150 2. iglidur I180 3. PLA 4. พารามิเตอร์การทดสอบ ABS (การเคลื่อนที่เชิงเส้น): v = 0.1m/s; p = 1MPa; วัสดุเพลา: เหล็กชุบแข็ง (Cf53/1.1213) และสแตนเลส (V2A/1.4301)