Filigrana komponenter för perfekt interaktion – snabb utskrift och leverans

• Vad som behövdes: komponenter till hammarskaftet i ett piano
• Tillverkningsprocess: selektiv lasersintring med SLS-pulver
• Krav: skräddarsydda och slitstarka delar med liten nötning
• Material: iglidur I3
• Bransch: musikindustrin
• Framgång genom samarbete: kostnadseffektiv tillverkning av skräddarsydda funktionsdelar, förbättrad fukt- och väderbeständighet, hög livslängd

Kortfattad beskrivning av användningsområdet:
Inom traditionell klavertillverkning är de flesta delarna av trä. För att motverka känsligheten hos trä för förändringar i fuktighet eller rumstemperatur utvecklade Phoenix Pianos D3D-hammarsystem under ledning av Richard Dain. Hammarmekaniken, som ansvarar för att generera tonerna, består nästan uteslutande av kolfiberväv och plast i den reviderade versionen. För de rörliga och stationära komponenterna i hammarkapseln användes den tribologiskt optimerade högpresterande plasten iglidur I3. De lasersintrade anslagshammarna gör det möjligt att göra exakta kopior av originalkomponenterna, förbättrar ljudegenskaperna, ökar livslängden och minskar underhållsarbetet.

 

Hammarkapsel av iglidur I3 med metallstift

Problem

Byggmaterialet trä står i centrum för den hundra år gamla pianotillverkningstraditionen. I synnerhet hammarmekaniken, som slår på strängarna i pianot, kräver en hög precision och därmed också höga underhållskostnader. Träets känslighet för hög luftfuktighet och temperatur var bara en av de många anledningarna till att chefen för det brittiska företaget Phoenix Pianos letade efter ett mer motståndskraftigt alternativ. De alternativa materialen skulle uppfylla de befintliga kraven för filigrana komponenter som passar in exakt i mekaniken och fungerar med låg friktion. Samtidigt utsätts delarna för höga slitnivåer från ett oändligt antal tangenttryckningar.

Lösning

För hammarkapseln, som består av en rörlig komponent och en komponent fäst vid pianot, kunde igus producera 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 inom pianokonstruktion gällande temperatur och fuktighet. Samtidigt möjliggör 3D-utskrift snabb produktion av identiska delar. Regelbundna efterjusteringar för att undvika oönskade icke-harmoniska toner kan därmed reduceras till ett minimum. Den elfenbensliknande färgen på iglidur I3 avrundar funktionsdelarna och ser vid första anblicken inte ut som plast i den klassiska pianokonstruktionen.

Traditionell pianokonstruktion, moderna komponenter

Mekaniken, med vilken en pianist skapar ljud på pianot, är i grunden mycket enkelt gestaltad. Inuti pianot spänns en sträng per tangent. Med en tangenttryckning utlöses en mekanik, där en hammare som är fäst vid ett skaft, slår mot motsvarande sträng. I traditionell pianokonstruktion monteras avenbok som material för de fasta komponenterna i denna hammarmekanism. Trä är dock känsligt för temperatur- och fuktförändringar i luften och detta påverkar pianoljudet. Därför behöver pianot regelbundet stämmas och underhållas. För chefen på företaget Phoenix Pianos, Richard Dain, var detta en bra anledning för att revidera hammarmekaniken. Som ingenjör och amatörpianist satte han upp som mål att ersätta de väderkänsliga trädelarna med mer hållbara material, utan att göra avkall ljudet. Han ersatte hammarmekanikens skaft med en komplex kolfiberväv, som är mycket stabil och samtidigt lätt. Enhetligheten och den lätta vikten möjliggör en förstklassig, klimatbeständig prestanda. För de återstående komponenterna i hammarkapseln, som består av ett fast och ett rörligt element, arbetade Dain med 3D-utskriftsteamet från igus GmbH.

Stort materialurval på igus

Samarbetet mellan Richard Dain och 3D-utskriftsteamet på igus GmbH resulterade i D3D-hammarsystemet, där varje trädel byts ut mot en plastdel. Lasersintringsprocessen gjorde det möjligt att tillverka och testa en prototyp för hammarkapseln på mycket kort tid. Fördelen med processen är detaljnivån, med vilken önskad form på komponenterna kan skrivas ut. Dain hittade snabbt vad han letade efter med den för lasersintring specialutvecklade iglidur I3-plasten. De nya iglidur-komponenterna i hammarmekaniken är särskilt slitstark och garanterar ett långvarigt och konsekvent utförande av mekaniken. Komponenterna i kapseln är förbundna med ett metallstift som i kombination med iglidur-plaster har särskilt låga friktionskoefficienter.
 
Även i praktiska tester har det nya systemet hållit måttet: Pianister jämför förändringen med att byta från en Ford T-modell till en Ferrari. Efter en första acklimatisering kan de producera mer prestanda med mindre ansträngning och därmed kunna skapa en helt ny samhörighet till instrumentet. 

iglidur I3 – innovativ 3D-utskriftsplast för beprövad mekanik

Tack vare iglidur I3 SLS-materialet kunde kraven för den nya hammarkapseln uppfyllas, om inte till och med överträffas. Plastens höga slitstyrka är exakt utformad för glidapplikationer och komponenterna förblir stabila på grund av materialets hållfasthet. Dessutom passar delarna perfekt och är upp till 50 gånger mer slitstarka än andra plaster, vilket garanterar konstant mekanisk rörelse även efter många tusen slag.
 
iglidur I3 har en hög hållfasthet och väderbeständighet och skulle enligt Dain till och med kunna överskrida pianots livslängd. Eftersom iglidur-plast är anrikat med fasta smörjmedel, går komponenterna av dem smörjningsfritt och underhållsfritt i torr drift. Dessutom är den elfenbensliknande färgen på materialet gynnsam för hammarmekanismens övergripande utseende.
 
Tillverkningen av individuella komponenter av iglidur I3 tar bara 1 till 3 dagar och är lönsam från en satsstorlek på 1, eftersom det inte uppkommer några verktygs- och efterbehandlingskostnader. Beställningen kan göras snabbt och enkelt med hjälp av online-3D-utskriftstjänsten: 3D-modellen för den nödvändiga komponenten kan laddas upp som STEP-fil via webbläsarfönstret. Modellen, priset och prissättningen beroende på material samt produktionstid visas omedelbart. Komponentens tillverkningsbarhet i den valda processen kontrolleras omedelbart och potentiella problemområden markeras. Printade delar kan slätas, färgas eller vid behov bearbetas mekaniskt. 

Richard Dain, chef på företaget Phoenix Pianos