Peças de relógio resistentes ao desgaste da impressora 3D

• O que era necessário:componentes para um relógio mecânico
• Método de fabricação:extrusão de filamentos (FDM)
• Requisitos:alta resistência à abrasão, boas propriedades mecânicas, precisão de detalhes
• Material: iglidur I150
• Indústria:criação de modelos
• Sucesso para o cliente: melhor resistência ao desgaste, vida útil de componentes significativamente mais longa, execução mais regular da fuga e, portanto, do relógio como um todo

A aplicação num piscar de olhos:
como parte de um projeto Jugend Forscht, a Kai Schmidt-Brauns construiu um relógio totalmente 3D e comparou uma curva de perfil matematicamente calculada de um escapamento mecânico de relógio com uma curva de perfil determinada empiricamente. Para testar cada curva de perfil, ele imprimiu o relógio mecânico com base em seu modelo matemático. Além dos experimentos com componentes feitos de PLA convencional, Schmidt-Brauns testou as diferentes curvas de perfil com componentes feitos do tribofilamento iglidur I150. Isso confirmou que o escapamento com o material igus teve melhor desempenho. Devido ao filamento tribologicamente otimizado, os componentes que estão sujeitos a cargas mecânicas particularmente altas foram capazes de alcançar uma vida útil significativamente mais longa e um funcionamento mais regular do que as peças feitas de PLA convencional.

O relógio mecânico da frente: a energia é armazenada no mecanismo de enrolamento

Problema

Para que um relógio mecânico funcione com precisão, a geometria de todos os componentes do mecanismo deve ser determinada com precisão e o atrito entre as partes móveis deve ser mantido o mais baixo possível. O objetivo do projeto de Kai Schmidt-Brauns era projetar um mecanismo de escape para o relógio imprimível em 3D e, posteriormente, determinar sua geometria com um modelo matemático. Embora o modelo matemático tenha levado a um movimento mais regular do relógio, surgiu a questão de outras formas de tornar o relógio ainda mais preciso. Além disso, nos testes com componentes impressos em 3D feitos de PLA convencional, as peças altamente estressadas, como a catraca (consistindo de roda de catraca e aro de catraca) no elevador, não tiveram uma vida útil particularmente longa.

Solução

Após os testes com o relógio feito de PLA convencional, Kai Schmidt-Brauns substituiu componentes críticos por espécimes impressos do tribofilamento igus iglidur I150.assim Na comparação, notou-se que o atrito deslizante e estático entre os componentes feitos de iglidur I150 é significativamente reduzido. Além disso, graças à alta resistência ao desgaste do material igus, a vida útil da catraca pode ser aumentada, assim como um movimento mais regular do escapamento.

Um relógio preciso completamente da impressora 3D

Jugend Forscht é uma competição alemã para jovens pesquisadores da 4ª série até a idade de 21 anos. Os participantes podem trabalhar e apresentar problemas de sua própria escolha nas áreas de matemática, ciência da computação e ciências naturais. Como parte desta 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. Isso envolveu, em particular, a curva de perfil da roda de perfil, que ele foi capaz de 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 um garfo de pellets, e garante que um minuto no relógio também corresponda a um minuto e não dure 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 tinha uma taxa mais regular do que a curva de perfil determinada empiricamente.

O relógio mecânico por trás: Na extrema esquerda está a roda de perfil, cuja curva de perfil deve ser determinada exatamente

Movimento mais preciso com iglidur I150

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 a uma altura de camada de 0,1 mm e uma temperatura de extrusora de 250° C, o aluno obteve os melhores resultados com o filamento de igus. Comparado com o PLA convencional, ele também foi capaz de detectar um escape muito mais regular durante um teste. Além dos resultados no escape, o filamento tribologicamente otimizado foi capaz de fornecer uma melhoria em componentes altamente estressados com sua resistência ao desgaste. O aro da catraca da catraca (ver figura), que está localizado no mecanismo de enrolamento do relógio, teve que ser substituído significativamente mais frequentemente ao usar PLA convencional do que com iglidur I150. Além disso, através de testes com uma mola espiral impressa a partir de iglidur I150, ele foi capaz de registrar uma maior tenacidade e flexibilidade em comparação com a feita de PLA convencional.

A catraca feita de iglidur I150 consiste em roda de catraca e aro de catraca.

O tribofilamento igus para maior vida útil das aplicações

Além do iglidur I150, a igus oferece muitos outros filamentos tribologicamente otimizados para impressão 3D. Todos têm em comum sua alta resistência à abrasão para aplicações de deslizamento. O iglidur I150 pode ser processado com muita facilidade, assim como os filamentos PLA e PETG. No teste de desgaste do laboratório de testes interno da igus, os tribofilamentos igus têm um desempenho até 50 vezes melhor do que os plásticos convencionais, como PLA e ABS (veja a figura). Também é compatível com alimentos de acordo com o Regulamento da UE 10/2011 e, portanto, adequado para aplicações apropriadas na indústria de alimentos e embalagens. O filamento versátil é particularmente adequado para impressoras novatas devido ao seu fácil processamento. O serviço de impressão 3D também está disponível a qualquer momento, com um horário de entrega de 1 a 3 dias, se for necessária ajuda de especialistas.

Teste de desgaste iglidur I150: eixo Y = taxa de desgaste [μm/km] 1. iglidur I150 2. iglidur I180 3. PLANO 4. Parâmetros de teste ABS (movimento linear): v = 0,1m/s; p = 1MPa; materiais do eixo: aço endurecido (Cf53/1.1213) e aço inoxidável (V2A/1,4301)