Filigrana komponenter för perfekt interaktion – snabb utskrift och leverans

• Vad som behövdes: Komponenter till hammarkapseln på ett piano
• Tillverkningsprocess: Selektiv lasersintring med SLS-pulver
• Krav på detaljerna: Exakt passande, lågfriktions- och slitstarka delar
• Material: iglidur i3
• Bransch: Musikindustrin
• Framgång genom samarbete: Kostnadseffektiv produktion av kundanpassade funktionsdelar, förbättrad fukt- och väderbeständighet, hållbarhet

Tillämpningen i korthet:
Vid traditionell pianotillverkning är de flesta komponenter tillverkade av trä. För att motverka träets känslighet för förändringar i luftfuktighet eller rumstemperatur utvecklade Phoenix Pianos hammarsystemet D3D under ledning av Richard Dain. Hammaren, som är ansvarig för att producera ljudet, är nästan uteslutande tillverkad av kolfiber och plast i den reviderade versionen. Den tribologiskt optimerade högpresterande plasten iglidur i3 användes för de rörliga och fasta delarna av hammarkapseln. De lasersintrade stopphammarna möjliggör en exakt reproduktion av originalkomponenterna, förbättrar ljudegenskaperna, ökar livslängden och minskar underhållskostnaderna.

Trä som byggmaterial står i centrum för den månghundraåriga traditionen av pianobyggande. Särskilt hammarmekaniken, med vilken pianots strängar slås an, kräver en hög grad av precision och därmed en hög nivå av underhåll. Att trä är känsligt för hög luftfuktighet och temperatur var bara ett av många skäl till att chefen för det brittiska företaget Phoenix Pianos letade efter ett mer motståndskraftigt alternativ. De alternativa materialen måste dock uppfylla de befintliga kraven på filigrana komponenter som passar exakt in i mekaniken och fungerar med liten friktion. Samtidigt utsätts delarna för en hög grad av slitage på grund av ett oändligt antal tangenttryckningar.

För hammarkapseln, som består av en rörlig komponent och en komponent som är fäst vid pianot, kunde igus tillverka en prototyp med hjälp av en additiv process. Istället för trä användes den glidoptimerade iglidur i3 för delarna, en slitstark SLS-plast som uppfyller kraven för pianotillverkning när det gäller temperatur och luftfuktighet. Samtidigt möjliggör 3D-printing en snabb produktion av identiska delar. Detta minimerar behovet av regelbundna justeringar för att undvika oönskade sidotoner. Den elfenbensliknande färgen på iglidur i3 avrundar de funktionella delarna och antyder inte plast vid första anblicken i klassisk pianokonstruktion.

Mekanismen med vilken en pianist producerar ljud på pianot är i grunden mycket enkel. En sträng per tangent är uppspänd inuti pianot. När man trycker på en tangent utlöses en mekanism där en hammare som är fäst vid ett handtag slår på motsvarande sträng. Vid traditionell pianobyggnad användes avenbok som material för de fasta delarna i denna hammarmekanism. Trä reagerar dock känsligt på förändringar i temperatur och luftfuktighet, vilket påverkar pianots ljud. Därför måste pianot regelbundet stämmas om och servas. För Richard Dain, chef för Phoenix Pianos, var detta ett bra skäl att se över hammarmekaniken. Som ingenjör och amatörpianist satte han upp målet att ersätta de väderkänsliga trädelarna med mer hållbara material utan att behöva kompromissa med ljudet. Han ersatte hammarmekanismens handtag med ett komplext kolfibermaterial, som är mycket stabilt och lätt på samma gång. Enhetligheten och den låga vikten möjliggör förstklassiga, klimatbeständiga prestanda. Dain arbetade med 3D-printingteamet på igus GmbH för de återstående komponenterna i hammarkapseln, som består av ett fast och ett rörligt element.

Richard Dains samarbete med 3D-printingteamet på igus GmbH resulterade i hammarsystemet D3D, där varje trädel är ersatt av en plastdel. Lasersintringsprocessen gjorde det möjligt att på mycket kort tid tillverka och testa en prototyp för hammarkapseln. Fördelen med processen är den detaljnivå med vilken komponenternas önskade form kan skrivas ut. Med iglidur i3-plasten, som är speciellt utvecklad för lasersintring, hittade Dain snabbt vad han letade efter. De nya iglidur-komponenterna i hammarmekanismen är särskilt slitstarka och utlovar en hållbar och konsekvent design av mekanismen. Kapselns komponenter är förbundna med ett metallstift, som har särskilt låga friktionsvärden i kombination med iglidur-plasten.

Det nya systemet har också visat sig fungera i praktiska tester: pianister jämför förändringen med att byta från en Ford T-modell till en Ferrari. Efter en inledande tillvänjningsperiod kan de producera mer kraft med mindre ansträngning och på så sätt skapa ett helt nytt band med instrumentet.

Tack vare materialet iglidur i3 SLS var det möjligt att uppfylla, om inte överträffa, kraven för den nya hammarkapseln. Plastens höga slitstyrka är exakt utformad för glidande applikationer och komponenterna förblir stabila tack vare materialets hållfasthet. Dessutom passar delarna exakt och är upp till 50 gånger mer slitstarka än andra plaster, vilket säkerställer en jämn mekanisk rörelse även efter många tusen slag.

iglidur i3 uppvisar hög hållfasthet och väderbeständighet och kan enligt Dain till och med överstiga själva pianots livslängd. Eftersom iglidur-plasterna är berikade med fasta smörjmedel blir de komponenter som tillverkas av dem torra utan smörjning eller underhåll. Till detta kommer materialets elfenbensliknande färg, som bidrar till hammarmekanikens övergripande utseende.

Tillverkningen av kundanpassade komponenter av iglidur i3 tar bara 1 till 3 dagar och är ekonomisk från batchstorlek 1, eftersom det inte finns några verktygs- och omarbetningskostnader. Beställningar görs snabbt och enkelt via online-tjänsten för 3D-utskrift: 3D-modellen av den önskade komponenten kan laddas upp som en STEP-fil via webbläsarfönstret. Modellen, priset och prisskalan beroende på material samt produktionstiden visas omedelbart. Komponentens tillverkningsbarhet i den valda processen kontrolleras omedelbart och potentiella problemområden markeras. Tryckta delar kan vid behov slätas ut, färgas eller bearbetas mekaniskt.