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

• Vad som behövdes: komponenter för en koppbrickas automatiska justeringsmekanik i en helautomatisk kaffemaskin
• Tillverkningsmetod: selektiv lasersintring
• Krav: livsmedelssäkerhet, stabilitet, hållfasthet, bra driftegenskaper, dimensionsstabilitet
• Material: iglidur I6
• Bransch: Automatteknik
• Framgång genom samarbete: hög nötningsbeständighet, seghet och hållbarhet, säker att använda för livsmedel enligt FDA och EU 10/2011

Kortfattad beskrivning av användningsområdet:
I helautomatiska kaffemaskiner anpassade man tidigare koppbrickan efter koppens storlek för hand. För en helautomatiserad justering av brickan utvecklade projektteamet på den maskintekniska skolan i Ansbach en motordriven koppbricka med sensorstyrd höjdjustering. För mekaniken i höjdjusteringen användes en motor, en 3D-printad travers och en 3D-printad spindel. De 3D-printade delarna av den högpresterande plasten iglidur I6 uppvisar mycket goda driftegenskaper samt hög hållfasthet och lång livslängd. Den tribologiskt optimerade plasten är dessutom livsmedelssäker enligt FDA och EU 10/2011.

 

Mekanik för höjdjustering av koppbrickan, bestående av spindel och travers

Problem

Koppbrickans höjd hade hittills bara anpassats manuellt efter koppens storlek, varför man ville ha en automatisk lösning för justeringen. Ett team på den maskintekniska skolan i Ansbach utvecklade en motoriserad mekanik för en sensorstyrd höjdjustering, för vars koncept "travers – spindel" man var på jakt efter passande material. Det krävdes mycket goda löpegenskaper mellan travers och spindel samt en tillförlitlig dimensionsstabilitet, för att inte måtten inuti kaffemaskinen skulle överskridas. Samtidigt måste materialen vara lämpliga för livsmedelskontakt och hålla för koppens totala vikt.

Lösning

Den perfekta partnern hittade projektteamet i igus GmbH från Köln. I samarbete med chefen för den additiva tillverkningen Tom Krause lyckades teamet till att börja med 3D-printa en prototyp för det mekaniska konceptet. Här använde man den högpresterande polymeren iglidur I6, som har utvecklats av igus speciellt för lasersintring, och som övertygade teamet i synnerhet med sin höga hållfasthet och dimensionsstabilitet samt med sina goda löpegenskaper. Efter omarbetning och förbättring av konceptet anlitade teamet igus 3D-utskriftstjänst för utskrift av alla komponenterna. Utöver de redan nämnda egenskaperna övertygade mekaniken med sin höga nötningsbeständighet och detaljnivå samt livsmedelssäkerhet enligt FDA och EU 10/2011. Dessutom var det praktiskt att lasersintringen inte kräver några verktyg och att delarna kan tillverkas effektivt redan fr.o.m. orderstorlek 1 styck.

Den automatiska koppbrickjusteringens funktionssätt

Med begreppet helautomatisk kaffemaskin menas i regel den helautomatiska processen för kaffeberedning. Problemet att olika koppstorlekar kräver olika höjdinställningar av den integrerade koppbrickan har hittills lösts manuellt. För att den helautomatiska kaffemaskinen verkligen ska göra skäl för sitt namn, utvecklade ett projektteam på den maskintekniska skolan i Ansbach en automatisk och bekväm justering av koppbrickan. I denna används sensorer som sätter en motordriven mekanik i rörelse, bestående av en 3D-printad spindel och travers som sitter fast i koppbrickans stänger. Sensorerna mäter åkvägen mellan koppens ovankant och kaffeutloppet och känner av höjden både på genomskinliga och ogenomskinliga koppar. Med hjälp av mjukvara styrs sedan motorn tills det definierade avståndet har nåtts.

Frontvy av den helautomatiska kaffemaskinen med automatisk inställning av koppbrickan

iglidur I6 – livsmedelssäker högpresterande polymer

För mekaniken användes den tribologiskt optimerade plasten iglidur I6, som har en hög nötningsbeständighet. Löpegenskaperna mellan spindel och travers var en av de utslagsgivande anledningarna till att projektteamet bestämde sig för materialet. Särskilt för automatteknik har igus material stor betydelse. Tack vare de integrerade torrsmörjmedlen behövs ingen extern smörjning. Detta möjliggör bland annat såväl en mer hygienisk användning som livsmedelssäkerhet enligt FDA och EU 10/2011. Materialet, som har utvecklats speciellt för lasersintring, har en betydligt längre livslängd än vanliga plaster.
 
 

iglidur I6 finns som SLS-material i shoppen och övertygar med sina goda glidegenskaper och sin höga nötningsbeständighet.