Höga accelerationer och upp till 80 °C: Tillförlitliga linjärlager för 3D-skrivare

• Vad som behövdes: Energikedjor i mikroserien E2, drylin R linjära glidlager, linjär glidfilm av iglidur E7, dryspin spindelstyrningar
• Krav som ställdes: Lagren i applikationen ska permanent tåla höga accelerationer och temperaturer på upp till 80 °C.
• Bransch: 3D-skrivare
• Framgång för kunden: I motsats till recirkulerande kulbussningar visar sig iglidurs linjära folier vara ett kostnadseffektivt alternativ. De är dessutom lågvibrerande, smörj- och underhållsfria samt hållbara.

Kühling&Kühling grundades 2012 och säljer flexibla och lätt skalbara lösningar för 3D-tillverkning till sina kunder. För att förverkliga den första serieproducerade 3D-skrivaren letade den Kielbaserade lösningsexperten efter energikedjor för säker kabeldragning och en lämplig lagerlösning för liner. En 3D-skrivare ställer höga krav på lagertekniken: maskinernas höga prestanda kräver rörliga komponenter som klarar höga accelerationer under lång tid utan problem och med så lite underhåll som möjligt. Dessutom resulterar det dynamiska inre arbetet i enorma temperaturer på upp till 80 °C, för vilka man var tvungen att hitta rätt material. Slutligen måste de inbyggda delarna också uppfylla de höga kraven på tystnad.

Företaget Kühling&Kühling, med säte i Kiel, har varit ett av dessa företag sedan 2012. De två grundarna, mekatronikingenjörerna Jonas och Simon Kühling, har specialiserat sig på utveckling och produktion av hårdvara med öppen källkod inom området 3D-skrivare. Efter ett och ett halvt års utveckling har den första produkten, "RepRap Industrial", varit i serieproduktion sedan slutet av 2013. Det är en kostnadseffektiv lösning för tillförlitlig och högkvalitativ snabb prototyptillverkning, särskilt för tung kontinuerlig användning

Systemet vidareutvecklas ständigt och har just fått en grundläggande uppdatering och olika förbättringar med version "v1.1.0". Alla material som uppfyller vissa grundläggande specifikationer kan bearbetas, allt från höghållfasta termoplaster och fiberfyllda plaster till gummielastiska material. Skrivare som är tillgängliga för hushållsbruk eller modellering tillåter endast användning av ett mycket begränsat utbud av tryckmaterial. Här används främst en s.k. bioplast som är baserad på majs och som i allmänhet inte klarar de tekniska kraven för industriell användning. Detta beror på att denna plast går sönder redan vid temperaturer över 45 °C - temperaturgränserna inom industrin är betydligt högre. Jämfört med andra 3D-skrivare för industriellt bruk rekommenderas "RepRap Industrial" särskilt på grund av sitt pris. Detta är cirka 25 till 30 procent lägre än jämförbara system. Framgången ger Kühling&Kühling rätt: antalet enheter ökar kontinuerligt och har fyrdubblats på ett år.

Alla material som uppfyller vissa grundläggande specifikationer kan bearbetas, allt från höghållfasta termoplaster och fiberfyllda plaster till gummielastiska material.

Simon Kühling minns sökandet efter en lämplig leverantör: "I början av systemutvecklingen tänkte vi först på klassiska kullager. Dessa har flera nackdelar. För det första är de för dyra med ett styckpris på cirka 12 euro, och för det andra slutar de att fungera vid en driftstemperatur på 65 °C. Vid den tidpunkten börjar tätningarna att gå sönder. Då börjar tätningarna gå sönder och smörjningen slits ut." Detta ledde till linjära glidlager med glidytor av plast. "Av kostnadsskäl testade vi inledningsvis asiatiska produkter", säger Simon Kühling. "Dessa uppfyllde dock inte alls våra krav, för att inte tala om snabb och långsiktig leveransförmåga."

För kabeldragningen valde den Kiel-baserade specialisten våra energikedjor i E2-mikroserien, som tar upp mycket lite installationsutrymme och har utvecklats för särskilt dynamiska applikationer. Dessutom användes dryspin spindelstyrningar, drylin R linjära g lidlager och linjära glidfilmer tillverkade av iglidur E7 som linjärlagerlösning i 3D-skrivargenerationen. Till skillnad från konventionella recirkulerande kulbussningar visade sig linjärlagren av iglidur-materialet vara en kostnadseffektiv och samtidigt högpresterande lösning.
De uppfyller de höga kraven på bulleremissioner, rörelseacceleration och kontinuerlig temperaturbeständighet. Dessutom är de smörjfria linjära glidlagren underhållsfria och har därför särskilt lågt slitage och lång livslängd.
Tack vare den exakta positioneringen av lagerelementen, även under snabba rörelser, och frånvaron av vibrationer kan kunderna också uppnå optimala produktionsresultat med sina 3D-skrivare.

Linjär- och drivtekniken "drylin®" från igus® erbjuder konstruktörer av 3D-skrivare olika komponenter - alltid helt smörjfria och tillgängliga inom 24 timmar och från en kvantitet på 1. En annan fördel med att använda linjära glidlager tillverkade av högpresterande plast är deras tysta gång; det finns inget mekaniskt rullningsljud som med metall- eller keramikkulor.

Totalt tolv igus® lagerprodukter används i "RepRap Industrial": stålaxlar och linjärstyrningsadaptrar med glidfolier av "iglidur®" högpresterande plast för att styra respektive axlar, samt blyskruvar och gängade muttrar av plast som axeldrivning. De linjära glidlagren har samma konstruktion som kulbussningar, är ekonomiska och lätta att installera. De dämpar också vibrationer. Detta är särskilt viktigt eftersom 3D-utskrifter inte genererar några stora krafter, men snabba accelerationer förekommer. Axeln måste vara lätt för att klara detta.

3D-skrivaren från Kühling&Kühling använder också produkter från det andra stora affärsområdet hos igus®, plastkedjor för energi. Kedjorna i "E2 micro"-familjen som används här kännetecknas av en extremt platsbesparande design, låg vikt och särskilt mjuka rullrörelser. De mjuka konturerna på plastkedjan skyddar även de inkopplade kablarna.

Onlinekatalogen från igus® har redan gett oss en bra överblick över sortimentet och de produkter som är lämpliga för oss. Den personliga rådgivningen hjälpte oss dock mycket att välja rätt bland de många alternativen."

Dessutom fördes en ständig dialog om gränserna och möjligheterna för enskilda komponenter och möjliga nyutvecklingar. Det senare gällde t.ex. inom området glidfolier. Den nu presenterade glidfolien "iglidur® E7" är speciellt utvecklad för linjära rörelser. Dess speciella styrka är den långa livslängden och det låga slitaget på axlar av stål, förkromat stål och alla typer av rostfritt stål. Driftstemperaturen sträcker sig från -30 till + 80°C. "E7" finns som glidfilm för diametrar från 10 till 50 mm och kan kombineras med alla linjärhus i serien "drylin® R".