Peças sobressalentes impressas em 3D de excelente qualidade para carros antigos

• O que era necessário: Engrenagem helicoidal de substituição no velocímetro de um carro antigo
• Método de fabricação: sinterização seletiva a laser com pó de sinterização a laser
• Requisitos: Durabilidade, precisão, baixo preço
• Material: iglidur i6
• Indústria: Automotiva
• Sucesso através da colaboração: excelente precisão; sem abrasão; fabricação rápida e econômica; sem lubrificação

Resumo da aplicação:
Encontrar peças de reposição para carros antigos geralmente é difícil, se não impossível. É um problema familiar e especialmente difícil para veículos exóticos e modelos raros. Dr. Jörg Pühler, o proprietário de um Stanley 750B 1924, estava procurando uma peça de reposição para o contador de quilometragem em seu velocímetro.
A peça original foi completamente arruinada devido ao desgaste e ao trabalho realizado no carro pelo proprietário anterior. O serviço de impressão 3D onlineigus forneceu uma solução: o eixo necessário, com equipamento de verme e de dente, foi impresso de forma rápida e rentável a partir do plástico de sinterização a laser iglidur i6 resistente à abrasão.

Comparação de engrenagem helicoidal de metal (antiga) e engrenagem helicoidais de polímero impressa em 3D feita de iglidur I6 (nova). Fonte: Dr. Jörg Pühler

Problema

No Stewart Warner speedometer, a engrenagem no primeiro eixo intermediário que engrena com o helicoidal no eixo de entrada não estava mais funcionando.  O pinhão não estava mais engatando na engrenagem helicoidal. Devido ao trabalho realizado no velocímetro pelo proprietário anterior, era impossível determinar as dimensões corretas. A fabricação de uma peça de reposição exigiu várias tentativas e um material estável, com alta precisão e adequado para uso contínuo.  

Solução

Com o serviço de impressão 3D da igus, uma peça de reposição totalmente funcional foi feita de iglidur I6. Graças à fabricação rápida e econômica com o método de sinterização a laser, foi fácil para o proprietário de um carro antigo testar várias variantes do componente na prática. Graças ao polímero de alto desempenho usado com lubrificantes sólidos incorporados, o componente não precisa mais ser lubrificado. Mesmo depois de estar em uso por mais de  2.000 milhas, nenhum sinal de desgaste é detectável.  

O que causou o desgaste da engrenagem helicoidal do velocímetro?

O velocímetro de um carro antigo Stanley 750B construído em 1924 não funcionava mais - o contador de quilometragem estava com defeito. A causa do defeito foi encontrada pelo proprietário como sendo a engrenagem dentada localizada no primeiro eixo intermediário e engrenada com a rosca helicoidal no eixo de entrada. Devido ao desgaste, o pinhão não engatava mais no helicoidal.
 
O problema era causado pelo mecanismo do medidor de percurso de três seções: os botões tinham uma folga axial de cerca de 0,2 mm e não havia arruela de pressão que pressionasse os botões um contra o outro . Ocasionalmente, uma pequena engrenagem de transferência deslizava entre os mostradores e bloqueava o mecanismo de contagem. Uma arruela de latão ligeiramente curva com 0,1 mm de espessura instalada na lateral eliminou a folga axial, de modo que o bloqueio não ocorreu mais.

Para o velocímetro de Stewart Warner, Chicago, tipo M-9, inicialmente não foi possível adquirir uma peça de reposição. Fonte: Dr. Jörg Pühler

Várias tentativas de obter uma peça sobressalente funcional

Depois de eliminada a causa do defeito, foi possível iniciar a fabricação de uma peça sobressalente. Com a ajuda do software FreeCAD, o Dr. Pühler conseguiu criar um arquivo CAD com um modelo 3D do componente que era necessário. O primeiro pedido através do serviço de impressão 3D da igus foi processado sem complicações e a peça de reposição acabada foi recebida após apenas um poucos dias. 
 
O material era estável e até os menores detalhes foram reproduzidos perfeitamente. O eixo encaixou-se imediatamente nas buchas e a engrenagem helicoidal para a saída encaixou-se com precisão. No entanto, descobriu-se que o pinhão original estava tão gasto que as dimensões estimadas da engrenagem eram muito pequenas.  

O dano ao componente original foi tão grande que nem foi possível determinar as dimensões corretamente. Fonte: Dr. Jörg Pühler

Teste de peça sobressalente impressa em 3D: ela passará no teste de resistência?

Apenas um parâmetro no modelo CAD teve que ser alterado, após o que a segunda versão foi enviada rapidamente para impressão.  O segundo espécime também funcionou muito bem e passou em um breve teste de resistência. Como começou a apresentar ligeiro mau funcionamento em baixas rotações, no entanto, uma terceira versão com um módulo de engrenagem dentada adaptado e ângulo de hélice teve que ser feita. A terceira amostra funcionou perfeitamente e encaixou corretamente.
 
Uma grande vantagem da manufatura aditiva é que as mudanças podem ser implementadas rapidamente e com pouco esforço. A adaptação do modelo digital e também o conveniente processo de pedido on-line e a agilidade na fabricação tornam possível implementar adaptações de protótipos e peças de reposição de forma rápida e econômica.
 
A dificuldade com a fabricação de peças de reposição por meio da impressão 3D muitas vezes é a criação de um modelo 3D adequado. Na Internet, existem inúmeros tutoriais e ferramentas online gratuitas para a criação de modelos CAD. Também no site da igus existem vários configuradores CAD gratuitos que usuários inexperientes podem utilizar para engrenagens, buchas e porcas de avanço trapezoidais, entre outras coisas. As pessoas que não desejam fazer este trabalho sozinhas podem encontrar ajuda para o design de peças de reposição impressas em 3D nos sites de oficinas online para amadores e outras iniciativas de reparo.  

Equipamento de teste - teste de engrenagem helicoidal impressa em 3D feita de iglidur I6 Fonte: Dr. Jörg Pühler

Peças sobressalentes impressas em 3D de excelente qualidade para carros antigos

Depois que o eixo foi exaustivamente testado na bancada de testes, ele foi encaixado no velocímetro, que, por sua vez, foi instalado novamente no carro antigo. Uma vantagem significativa do iglidur i6 é oferecida pelos lubrificantes sólidos incorporados no plástico, pois é graças a eles que o usuário não precisa lubrificar os componentes, mesmo que a parte que interage seja feita de metal. 

Depois de ser usada por mais de 2.000 milhas, a engrenagem sem-fim impressa continua em bom estado, sem sinais óbvios de desgaste. Os leves traços de abrasão metálica que podem ser vistos na imagem são provenientes da engrenagem sem-fim de acionamento e foram causados na fase inicial do teste, mas não mudaram significativamente durante o uso posterior.

Mesmo depois de 2.000 milhas, a engrenagem helicoidal não mostra sinais de abrasão. Fonte: Dr. Jörg Pühler