Peças de relógio resistentes ao desgaste da impressora 3D

• O que era necessário: Componentes para um relógio mecânico
• Processo de fabricação: Extrusão de filamentos (FDM)
• Requisitos: Alta resistência à abrasão, boas características mecânicas, precisão nos detalhes
• Material: iglidur® i150
• Setor: Fabricação de modelos
• Sucesso por meio da cooperação: maior resistência ao desgaste, vida útil significativamente maior dos componentes, funcionamento mais regular do escape e, portanto, do movimento como um todo

A aplicação em um relance:
Como parte de um projeto da Jugend Forscht, Kai Schmidt-Brauns construiu um movimento totalmente imprimível em 3D e comparou uma curva de perfil calculada matematicamente de um escape de um movimento mecânico com uma curva de perfil determinada empiricamente. Para testar as respectivas curvas de perfil, ele imprimiu um movimento mecânico com base em seu modelo matemático. Além dos testes com componentes feitos de PLA convencional, o estudante de Wolfsburg testou as diferentes curvas de perfil com componentes feitos de tribofilamento® iglidur® i150. Isso confirmou um melhor desempenho do escapamento com o material igus®. Graças ao filamento tribologicamente otimizado, os componentes que são expostos a cargas mecânicas particularmente altas conseguiram obter uma vida útil significativamente mais longa e um funcionamento mais regular do que as peças feitas de PLA convencional.

Para que um movimento mecânico funcione com precisão, a geometria de todos os componentes do mecanismo deve ser determinada com exatidão e o atrito entre as peças móveis deve ser minimizado. O objetivo do projeto de Kai Schmidt-Brauns era projetar um mecanismo de escape para o movimento que pode ser impresso em 3D e, em seguida, determinar sua geometria usando um modelo matemático. Embora o modelo matemático tenha resultado em um movimento mais regular, surgiu a questão de outras maneiras de tornar o movimento ainda mais preciso. Nos testes com componentes impressos em 3D feitos de PLA convencional, as peças muito carregadas, como a catraca (que consiste em uma roda de catraca e um anel de catraca) no mecanismo de enrolamento, não tiveram uma vida útil particularmente alta.

Após os testes com o movimento feito de PLA convencional, Kai Schmidt-Brauns substituiu componentes críticos por espécimes impressos com o tribofilamento igus®® iglidur® i150. A comparação revelou que o atrito estático e de deslizamento entre os componentes feitos de iglidur® i150 foi significativamente reduzido. Além disso, graças à alta resistência ao desgaste do material igus®, a vida útil da catraca foi aumentada e foi observado um funcionamento mais regular do escapamento.

O Jugend Forscht é um concurso alemão para jovens talentos, destinado a alunos da 4ª série até a idade de 21 anos. Os participantes podem trabalhar e enviar problemas de sua própria escolha nas áreas de matemática, ciência da computação e ciências naturais. Como parte dessa competição, Kai Schmidt-Brauns, de Wolfsburg, primeiro criou um modelo matemático para determinar a geometria exata dos componentes de um mecanismo de escape imprimível em 3D. Em particular, isso envolveu a curva do perfil da roda de perfil, que ele conseguiu calcular a partir de parâmetros bem definidos. O escapamento de um relógio é a parte que determina a precisão do relógio. O mecanismo de escape "inibe" o trem de engrenagens em intervalos regulares, por exemplo, com a ajuda de uma âncora, e garante que um minuto no relógio corresponda a um minuto e não demore às vezes 61 e às vezes 55 segundos. Na próxima etapa do projeto, Kai Schmidt-Brauns comparou a curva de perfil calculada com uma curva de perfil determinada empiricamente. Ele descobriu que o movimento com a curva de perfil calculada tem uma taxa mais regular do que a curva de perfil determinada empiricamente.

Além de comparar a fórmula matemática e a curva de perfil determinada empiricamente, Kai Schmidt-Brauns testou os escapamentos com diferentes materiais. A escolha recaiu sobre o tribofilamento® iglidur® i150. Com uma temperatura de leito de 40 °C, uma velocidade de impressão de 30 mm/s em uma altura de camada de 0,1 mm e uma temperatura de extrusora de 250 °C, o estudante obteve os melhores resultados com o filamento da igus®. Em comparação com o PLA convencional, ele também foi capaz de determinar um movimento significativamente mais regular do escape durante um teste. Além dos resultados no escape, o filamento tribologicamente otimizado foi capaz de proporcionar uma melhoria em sua resistência ao desgaste em componentes altamente carregados. O anel da lingueta da catraca (veja a imagem), que está localizado no mecanismo de enrolamento do relógio, teve que ser substituído com uma frequência significativamente maior com o PLA convencional do que com o iglidur® i150. Além disso, ele conseguiu registrar uma maior resistência e flexibilidade em comparação com o PLA convencional por meio de testes com uma mola espiral impressa com iglidur® i150.

Além do iglidur® i150, a igus® oferece muitos outros filamentos tribologicamente otimizados para impressão 3D. Todos eles têm em comum o fato de serem destinados a aplicações de deslizamento devido à sua alta resistência à abrasão. O iglidur® i150 pode ser processado muito facilmente como os filamentos PLA e PETG. No teste de desgaste do laboratório de testes da igus®, os tribofilamentos igus® têm um desempenho até 50 vezes melhor do que os plásticos convencionais, como PLA e ABS (veja a imagem). Ele também é compatível com alimentos de acordo com a Regulamentação da UE 10/2011 e, portanto, adequado para aplicações correspondentes no setor de alimentos e embalagens. O filamento versátil é particularmente adequado para iniciantes em impressão graças à sua facilidade de processamento. O serviço de impressão 3D também está disponível a qualquer momento, com um prazo de entrega de 1 a 3 dias, caso seja necessária a ajuda de especialistas.