Exakt och stabil växellåda från 3D-skrivaren – billiga komponenter för astrofotografering

Tillämpningen i korthet:
Vid astrofotografering fotograferas olika himlakroppar med lång exponeringstid och sparas på ett lämpligt medium. Alla som någon gång har ändrat exponeringstiden på sin egen digital- eller mobiltelefonkamera vet att foton som tagits med lång exponeringstid kan bli "suddiga" av minimala förändringar. Eftersom jorden roterar runt sin egen axel är denna rotation också ett problem för de långa exponeringstider som används vid astrofotografering. Mr van Hove från vhw Digitalart har utvecklat en anordning som kompenserar för jordens rotation för att kunna avbilda motiven på himlen i sin verkliga form. Kraven på plastväxellådan var en rotation på 360 grader på exakt 24 timmar, tillräcklig bärförmåga för kamera och objektiv samt hög stabilitet och nötningsbeständighet hos de enskilda komponenterna. Det ska också vara möjligt att ställa in olika rotationshastigheter beroende på vilket objekt som ska följas på himlen. Växellådan och alla fästen för motor och elektronik tillverkades med 3D-printing med tribofilament iglidur i150. Förutom kostnadsfördelen med de 3D-utskrivna komponenterna spelade igus högpresterande plasts höga nötningsbeständighet och lämplighet för rotations- och svängningsapplikationer också en viktig roll vid valet av material och tillverkningsprocess.

Jordens rotation måste kompenseras för att långa exponeringar på flera timmar ska vara möjliga. Den anordning som ser till att den himlakropp som ska avbildas inte rör sig ur kamerans synvinkel måste stabilt kunna stödja och flytta den tillsammans med objektivet eller teleskopet. Detta inkluderar exakt och jämn rotation. Det ska också vara möjligt att ställa in olika rotationshastigheter med hjälp av en styrenhet och en externt monterad kontrollpanel, eftersom spårningstiden för olika objekt skiljer sig åt.

Mr van Hove hade ett nära samarbete med igus för att hitta rätt material för sitt projekt. Lastkapaciteten och precisionen garanteras av svänglagret RL-D-20 med ett reduktionsförhållande på 1:38. Den höga stabiliteten och nötningsbeständigheten hos de 3D-utskrivna kugghjulen och fästena uppnås med det tribologiskt optimerade iglidur i150-filamentet, eftersom materialet är särskilt lämpligt för applikationer med låga glidhastigheter. Växellådan har ett reduktionsförhållande på 1:243. Friktionen hos de 3D-printade kugghjulen minskas av två tryckbrickor mellan komponenterna, vilket säkerställer förlustfri rotation. Enligt van Hove var samarbetet "mycket bra, som vanligt".

Vid astrofotografering avbildas himlakroppar, nebulosor och andra objekt på stjärnhimlen i synligt ljus och lagras på olika medier. Kameran är riktad i riktning mot den geografiska nordpolen och parallellt med jordaxeln. Kamerans lutning motsvarar latituden. Exponeringstiden för sådana fotografier är flera timmar, vilket är anledningen till att kameran måste justeras efter jordens dagliga rotation. Annars skulle bara linjer synas i stället för objektens faktiska form. Med en lämplig anordning, en s.k. tracker, kan jordrotationen kompenseras om hastigheten motsvarar exakt ett varv per dag. Beroende på vilket objekt som ska spåras finns det också olika rotationshastigheter. För stjärnor tar ett varv 23 timmar, 56 minuter och 4 sekunder. Månen spåras med en rotation på 24 timmar, 52 minuter och 28 sekunder, medan rotationen för att spåra solen tar exakt 24 timmar.

Enheten måste kunna bära hela kamerans och objektivets eller teleskopets vikt under 360°-rotationen på 24 timmar. Beroende på storlek, modell och utrustning kan det röra sig om upp till 4 kg. Den höga precisionen i rotationen uppnås genom ett svänglager med ett reduktionsförhållande på 1:38. Med en mekanisk livslängd på minst 1.000.000 cykler garanteras också en lång livslängd. Den 3D-printade växellådan med ett reduktionsförhållande på 1:243 stöder stabiliteten och har också en lång livslängd tack vare de använda tryckbrickorna och den nötningsbeständiga iglidur i150-plasten.

Det tribologiskt optimerade filamentet iglidur i150 är lätt att bearbeta och passar alla 3D-skrivare som använder FDM-processen. Förutom den höga nötningsbeständigheten vid låga glidhastigheter och de goda mekaniska egenskaperna hos den högpresterande polymeren är iglidur i150 också lämpligt för kontakt med livsmedel i enlighet med EU-förordning 10/2011. Materialet är underhållsfritt tack vare de integrerade fasta smörjmedlen och de flesta applikationer drar nytta av plastens styrka, seghet och skiktadhesion.