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

• Vad behövdes? Glidlager för styrningen i det 3D-printade fordonet
• Tillverkningsprocess: Filamentsträngsprutning (FDM)
• Krav: Liten lek, hög hållfasthet, hög nötningsbeständighet
• Material: iglidur i150
• Bransch: Fordonsindustrin
• Framgånggenom samarbete: bra ytkvalitet, snabbare produktion tack vare verktygsfri 3D-printing, mer tid för utveckling, litet eller inget glapp i lager

Applikationen i en överblick:
Det brittiska företaget Scaled 3D har i sitt projekt "Chameleon" utvecklat ett fyrhjuligt fordon som uteslutande består av 3D-printade komponenter. När fordonet testades väckte styrsystemets utformning negativ uppmärksamhet. Styrlagren hade för mycket glapp och hög förslitningsgrad. För att säkerställa att applikationen kunde förbli helt 3D-printad började företaget leta efter ett slitstarkt och tåligt material som passade bättre för lagerpunkterna. Efter olika tester i litet och stort format med tribofilamentet iglidur i150 konstruerade utvecklingsteamet till slut ett femdelat glidlager som hade mycket lite glapp och var betydligt mer slitstarkt än lagren av konventionell plast tack vare materialets tribologiska egenskaper. Detta gjorde det möjligt att uppfylla villkoret att lagret även fortsättningsvis skulle komma från 3D-skrivaren.

Styrsystemet i det 3D-printade fordonet hade för mycket glapp och blev snabbt oprecist. Det riskerade också att slitas ut snabbt. Därför behövdes styrlager som hade betydligt mindre glapp men som samtidigt skulle passa in i den befintliga formen på resten av fordonet. Dessutom skulle glidlagrens djup inte överstiga 20 mm. Det nedre av de två lagren måste också ha en delad innerring för att möjliggöra montering med rattstången, som har två uppsättningar radiella bultar i vardera änden. Komponenterna behövde också vara betydligt starkare än de standard PLA-lager som tidigare hade installerats.

Med det tribologiskt optimerade tribofilamentet iglidur i150-PF hittade Scaled 3D det perfekta materialet för projektet "Chameleon". Filamentet är mycket lätt att bearbeta i skrivaren med stor kapacitet och erbjuder goda mekaniska egenskaper i glidapplikationen när det gäller styrka, seghet och skiktadhesion. Lagret omvandlades slutligen till ett femdelat kullager, som först testades som en prototyp. Under testerna var spelet i lagret mycket litet vid excentrisk belastning under rotation. Testerna var mycket betydelsefulla redan i utvecklingsfasen, eftersom de slutliga komponenterna skulle tillverkas med samma process.

Huvudsyftet med projektet "Chameleon" från Storbritannien var att utveckla ett fordon som helt och hållet kommer från en 3D-skrivare. Tanken bakom var att gå från massproduktion till snabb, kundanpassad produktion. Samtidigt skulle verktygsfri, additiv tillverkning möjliggöra användning av återvunna material. Enligt Scaled 3D ska det i framtiden vara möjligt att använda 100% återvunnet material för 3D-utskrivna fordon och strukturer. Hittills har Chameleon-teamet lyckats arbeta med 30% återvunnet material i den första prototypen från 2020. Snabbheten hos 3D-utskrivna komponenter är en särskild fördel med detta projekt: med en maximal utskriftstid på 83 minuter för en stor komponent som väger 1,375 kg kunde dessa delar ritas, skrivas ut och testas samma dag. Den enorma snabbheten jämfört med processer där man använder verktyg som fräsning eller formsprutning hade en mycket positiv inverkan på fordonets utvecklingsfrihet, vilket stöddes av designfriheten i delarnas geometri.

För att få en överblick över de tribologiska egenskaperna hos tribofilamentet iglidur i150 testade företaget först komponenterna i ett litet format. Först trycktes inbäddade cylindrar, vars obehandlade yta redan var av mycket god kvalitet jämfört med andra material. Därefter trycktes delar i stort format, som i slutändan också imponerade med sin goda ytkvalitet. Det kullager som skulle bytas ut trycktes sedan på nytt med iglidur i150. I150-löpbanorna och kullagerburen visade sig vara mycket lämpliga löppartner för drift med låg friktion. I slutändan skapades ett kullager i fem delar.

Under testerna av kullagren tillverkade av iglidur i150 var spelet i lagret under excentrisk belastning vid rotation mycket litet. Därför utvecklades ett dubbellagersystem som skulle passa in i Chameleons styrsystem. Enligt Scaled 3D är utskriftskvaliteten för iglidur i150-lagren jämförbar med ASA och betydligt bättre än för konventionell PLA. Trots en skikthöjd på 1 mm var ytfinishen mycket bra. Förutom den goda kvaliteten på komponenterna är företaget också imponerat av den enkla monteringen av delarna. Tribofilamentet lämpar sig för såväl små applikationer som för projekt med skrivare med stor kapacitet. Det har goda mekaniska egenskaper och lämpar sig därför för de flesta applikationer och 3D-skrivare. Dessutom är iglidur i150 livsmedelsgodkänt i enlighet med EU-förordning 10/2011 och lämpar sig även för applikationer inom livsmedels- och förpackningsindustrin.