Tech Up, Cost Down – Med 3D-utskrifter och print2mold till lägre styckkostnader och glidlager med högre livslängd

• Vad som behövdes: glidlager med en speciell geometri
• Tillverkningsprocess: selektiv lasersintring och & print2mold
• Krav: goda glidegenskaper på motstycken av aluminium, hög nötningsbeständighet vid höga hastigheter, komplex geometri
• Material: iglidur i3 (SLS) & iglidur J2 (p2m)
• Bransch: avfallssorteringssystem
• Framgång genom samarbete: hög livslängd vid hög belastning, avsevärt lägre styckkostnader, hög konstruktionsfrihet

 
Kortfattad beskrivning av användningsområdet:
Det finska företaget ZenRobotics tillverkar industriella, AI-styrda avfallssorteringssystem som sörjer för automatisk, högkvalitativ, snabb och säker avfallssortering i hela världen. Beroende på miljön är förhållandena för anläggningarna mycket krävande – damm och andra överraskningar i soporna är vardagsmat. Trots dessa omständigheter måste systemen kunna separera avfall snabbt och pålitligt. För det nya ”FastPicker”-systemet behövdes glidlager som tål de höga vridkrafter som uppstår vid axiell acceleration. Utvecklarna kom i kontakt med 3D-utskrivna glidlager som monteras på aluminiumaxlar med räfflad profil för att undvika rotation. Glidlagren tål linjära hastigheter på 3 m/s med radiella och axiella accelerationer. Tack vare den stora konstruktionsfriheten med 3D-utskrifter var det möjligt att anpassa glidlagrens geometri efter den räfflade aluminiumaxeln. I nästa skede tillverkades formsprutningsverktyget Rapid Tooling så att materialets mångsidighet kunde utnyttjas.
 

FastPicker i aktion. Sopsorteringssystemet använder AI-detektering.

Problem

Under testfasen av ett nytt ”FastPicker”-system för avfallsseparering från det finska företaget ZenRobotics blev det snabbt klart att klassiska glidlager inte tål vridkrafterna vid axiell acceleration om massans mittpunkt inte är i centrum av den rörliga axeln. Rotationen bör inledningsvis blockeras av stoppelement. Dessa gick dock snabbt sönder på grund av den tunga belastningen. Förutom stoppelementen användes inledningsvis standardglidlager ur igus sortiment, som skulle tåla den radiella och axiella accelerationen.
 

Lösning

I slutändan användes igus glidlager med en speciell geometri. Dessa tillverkades till en början av den högklassiga plasten iglidur I3 med SLS-metoden, så att de passade på den räfflade aluminiumaxeln och därmed kunde stoppa rotationen. Företaget gick sedan över till Rapid Tooling för att kunna använda olika material i formsprutningsprocessen. Rapid Tooling- eller print2mold-metoden kan dessutom ge en kostnadsbesparing på upp till 80 %. Verktyget för formsprutning kan tillverkas inom några dagar och kan användas på en gång. Dessutom var denna process, tack vare konstruktionsfriheten vid 3D-utskrift, lämplig för glidlagrens speciella geometri.

Från prototyper och små produktserier

3D-utskriftsteknik och print2mold har en sak gemensamt: de är lönsamma redan i små serier. Tillverkning av komponenter med maskintillverkade formsprutningsverktyg är lönsamt från ett antal på mer än 10 000 komponenter. 3D-utskrifter i sig kan imponera under utvecklingsarbetet med olika system eftersom delar kan tillverkas så snabbt och eftersom de är redo att användas direkt. Beroende på vad det är fråga om för komponent, är den klar att skickas om en till tre dagar och kan enkelt beställas via den webbaserade 3D-utskriftstjänsten. Även ZenRobotics använde 3D-utskrivna glidlager för aluminiumaxeln med räfflad profil för den första prototypen. Företaget valde sedan print2mold-metoden, där formsprutningsverktyget tillverkas med 3D-utskrift. Den avgörande faktorn var materialutbudet och de låga styckkostnaderna i samband med formsprutning. De slutgiltiga glidlagren tillverkades av iglidur J2. I detta fall kostade print2mold-komponenten med ca 5 euro/styck bara en tiondel av SLS-komponenten (ca 49 euro/styck) och redan från 100 stycken var verktyget lönsamt. Den robusta plasten har goda mekaniska egenskaper, är billig och har bra mediebeständighet. Dessutom gör de integrerade fasta smörjmedlen yttre smörjning av glidlagren överflödig.

Aluminiumaxeln med spår hindras från att rotera genom glidlagrens geometri.

Rapid Tooling - igus print2mold

Om hastigheten är avgörande, är tillverkning av formsprutningsverktyg med 3D-utskriftsteknik den rätta lösningen. Beroende på geometri tar utskriften ca 12–24 timmar och verktyget är omedelbart redo att användas. Metoden print2mold eller Rapid Tooling gör det möjligt att tillverka realistiska prototyper och små serier på ett kostnadseffektivt sätt. Jämfört med maskintillverkade formsprutningsverktyg är denna process lönsam vid mängder från 1 till 10 000. Detta innebär att slitdelar kan tillverkas med en kostnadsfördel på upp till 80 %. Kvaliteten på de press2mold-tillverkade delarna är desamma som vid konventionell formsprutning. Utvecklingsprocesser kan påskyndas avsevärt genom print2mold-metoden och de olika material som kan användas vid vanlig formsprutning kan också användas här.
 

Processen från verktygsdesign till det färdiga formsprutningsverktyget med print2mold-processen.