3D-printing för helautomatiska kaffemaskiner – lång livslängd för en automatiserad justering av koppbrickan

• Vad som behövdes: Komponenter för mekaniken i en automatisk justering av koppbordet på en helautomatisk kaffemaskin
• Tillverkningsprocess: selektiv lasersintring
• Krav på komponenterna: Livsmedelsöverensstämmelse, stabilitet, styrka, goda löpegenskaper, måttnoggrannhet
• Material: iglidur i6
• Bransch: Teknik för varuautomater
• Framgånggenom samarbete: Hög nötningsbeständighet, seghet och livslängd

Tillämpningen i korthet:
Fram till nu har koppbordet i helautomatiska kaffemaskiner justerats för hand efter koppstorleken. Projektgruppen vid Ansbach School of Mechanical Engineering utvecklade ett motordrivet, rörligt koppbord med sensorstyrd höjdjustering för helautomatisk justering av detta bord. En motor, en 3D-utskriven tvärbalk och en 3D-utskriven spindel användes för mekaniken i höjdjusteringen. De 3D-printade komponenterna av den högpresterande plasten iglidur i6 har mycket goda köregenskaper samt hög hållfasthet och hållbarhet.

Höjden på koppbordet i en helautomatisk kaffemaskin har tidigare bara justerats manuellt efter koppstorleken, varför man sökte en automatisk lösning för justeringen. Ett team från Ansbach School of Mechanical Engineering utvecklade en motoriserad mekanism för ett höjdjusteringssystem som styrs av sensorer, för vilket man fortfarande var tvungen att hitta lämpliga material för "travers - spindel"-konceptet. Kraven på konceptet var mycket goda löpegenskaper mellan travers och spindel samt tillförlitlig måttnoggrannhet för att bibehålla måtten i den helautomatiska kaffemaskinen. Samtidigt måste materialen vara konstruerade för kontakt med livsmedel och för kopparnas totala vikt.

Projektgruppen fann den perfekta partnern i igus GmbH från Köln. I samarbete med Tom Krause, Head of Additive Manufacturing, lyckades teamet till en början ta fram en prototyp för det mekaniska konceptet med hjälp av 3D-printing. Den högpresterande polymeren iglidur i6, som utvecklats speciellt av igus för lasersintring, användes och imponerade särskilt på teamet tack vare sin höga hållfasthet, måttnoggrannhet och gångegenskaper. Efter att ha reviderat och förbättrat konceptet beställdes alla komponenter via 3D-printingtjänsten. Förutom de redan nämnda egenskaperna imponerade mekanikerna också med sin höga nötningsbeständighet och sin noggrannhet. Det var också till stor hjälp att det inte krävs några verktyg för lasersintringsprocessen och att komponenterna kan tillverkas effektivt från en kvantitet på 1.

Begreppet helautomatisk kaffemaskin syftar främst på den helautomatiska processen för kaffebryggning. Problemet med att olika koppstorlekar kräver olika höjdinställningar för det integrerade koppbordet har hittills lösts manuellt. Ett projektteam från Ansbach School of Mechanical Engineering har utvecklat ett automatiskt och bekvämt justeringssystem för koppbordet för att säkerställa att den helautomatiska kaffemaskinen lever upp till sitt namn. Systemet använder sensorer för att bestämma höjdjusteringen, vilket sedan sätter en motoriserad mekanism i rörelse som består av en 3D-printad spindel och tvärbalk som är fäst vid koppbordets länkage. Sensorerna mäter avståndet mellan koppens övre kant och dryckesutloppets nedre kant och känner av höjden på genomskinliga och ogenomskinliga koppar. Mjukvaran används sedan för att styra motorn tills det angivna avståndet har uppnåtts.

För mekaniken användes den tribologiskt optimerade plasten iglidur i6, som har en hög nötningsbeständighet. Gångbeteendet mellan spindeln och tvärbalken var en av de avgörande faktorerna som fick projektgruppen att välja detta material. Materialen från igus är särskilt viktiga för maskintekniken. De integrerade fasta smörjmedlen innebär att det inte krävs någon extern smörjning. Detta möjliggör bland annat hygienisk drift. Materialet som är speciellt utvecklat för lasersintring har en betydligt längre livslängd än konventionella plaster.