3D yazıcıdan aşınmaya dayanıklı saat mekanizması parçaları

• Neye ihtiyaç vardı: mekanik saat mekanizması için bileşenler
• Üretim yöntemi: filament ekstrüzyonu (FDM)
• Gereklilikler: yüksek aşınma direnci, iyi mekanik özellikler, detay doğruluğu
• Malzeme: iglidur I150
• Sanayi: model yapımı
• Müşteri için başarı: iyileştirilmiş aşınma direnci, önemli ölçüde daha uzun parça kullanım ömrü, mekanizmanın ve böylece tüm saat mekanizmasının daha düzenli çalışması

Bir bakışta uygulama:
Bir Jugend Forscht projesi kapsamında, Kai Schmidt-Brauns tamamen 3D yazdırılabilir bir saat mekanizması yaptı ve mekanik bir saat mekanizmasının matematiksel olarak hesaplanmış profil eğrisini ampirik olarak belirlenmiş bir profil eğrisi ile karşılaştırdı. Her profil eğrisini test etmek için, mekanik saat çalışmalarını kendi matematiksel modeline dayanarak yazdırdı. Geleneksel PLA bileşenleriyle yapılan testlere ek olarak, Schmidt-Brauns farklı profil eğrilerini iglidur I150 tribofilamentinden yapılmış bileşenlerle test etti. Bu durumda igus materyali ile mekanizmanın daha iyi performans gösterdiği doğrulandı. Tribolojik olarak optimize edilmiş filament sayesinde, özellikle yüksek mekanik yüklere maruz kalan bileşenlerde geleneksel PLA'dan yapılmış parçalara kıyasla önemli ölçüde daha uzun bir kullanım ömrü ve daha düzenli bir çalışma elde edilebildi.
 

Önden mekanik saat mekanizması: enerji döndürme mekanizmasında saklanır

Sorun

Mekanik bir saatin doğru bir şekilde çalışması için, mekanizmanın tüm bileşenlerinin geometrisi kesin olarak belirlenmeli ve hareketli parçalar arasındaki sürtünme mümkün olduğunca düşük tutulmalıdır. Kai Schmidt-Brauns'un projesinin amacı 3D basılabilir saat mekanizması için bir eşapman mekanizması tasarlamak ve daha sonra matematiksel bir modelle geometrisini belirlemekti.Matematiksel model, saat mekanizmasının daha düzenli bir hareketine yol açmasına rağmen, saat mekanizmasının daha doğru çalıştırılmasının diğer yollarıyla ilgili soru ortaya çıktı.Ayrıca, geleneksel PLA'dan yapılmış 3D baskılı bileşenlerle yapılan testlerde, liftteki mandal (mandallı çark ve mandal kenarından oluşan) gibi ağır gerilimli parçalar özellikle uzun bir kullanım ömrüne sahip değildi.

Çözüm

Geleneksel PLA saat mekanizması ile yapılan testlerden sonra Kai Schmidt-Brauns kritik bileşenleri igus iglidur I150 tribofilamentinden basılmış örneklerle değiştirdi. Yapılan karşılaştırmada, iglidur I150'den yapılmış bileşenler arasındaki kayma ve statik sürtünmenin önemli ölçüde azaldığı fark edildi. Buna ek olarak, igus malzemesinin yüksek aşınma direnci sayesinde, mandalın kullanım ömrü uzatabilir ve eşapmanın daha düzenli bir hareketi de sağlanabilir.

3D yazıcıdan tamamen hassas bir saat mekanizması

Jugend Forscht, 4. sınıftan 21 yaşına kadar genç araştırmacılar için Almanya'da düzenlenen bir yarışmadır. Katılımcılar matematik, bilgisayar bilimleri ve doğa bilimleri alanlarında kendi seçtikleri sorunlar üzerinde çalışabilir ve bunları sunabilirler. Bu yarışma kapsamında Wolfsburg'dan Kai Schmidt-Brauns ilk olarak 3D basılabilir eşapman mekanizmasının bileşenlerinin tam geometrisini belirlemek için matematiksel bir model oluşturdu. Bu model özellikle iyi tanımlanmış parametreleri kullanarak hesaplayabildiği profil çarkının profil eğrisini içeriyordu. Bir saatin eşapmanı saatin doğruluğunu belirleyen parçadır. Eşapman mekanizması dişli treni düzenli aralıklarla, örneğin bir pelet çatal yardımıyla "inhibe" eder ve saatteki bir dakikanın da bir dakikaya karşılık gelmesini ve bazen 61 ve bazen 55 saniye sürmemesini sağlar. Projenin bir sonraki adımında Kai Schmidt-Brauns hesaplanan profil eğrisini ampirik olarak belirlenmiş bir profil eğrisi ile karşılaştırdı. Hesaplanan profil eğrisine sahip hareketin ampirik olarak belirlenen profil eğrisinden daha düzenli bir orana sahip olduğunu buldu.

Arkadan mekanik saat mekanizması: En solda profil eğrisi tam olarak belirlenmesi gereken profil çarkı yer alır

iglidur I150 ile daha hassas hareket

Matematiksel formül ve ampirik olarak belirlenen profil eğrisini karşılaştırmanın yanı sıra Kai Schmidt-Brauns, eşapmanları farklı malzemelerle test etti. Tercihini iglidur I150 tribofilament malzemeden yana kullandı. 40°C yatak sıcaklığı, 0.1mm katman yüksekliğinde 30 mm/s baskı hızı ve 250°C ekstrüder sıcaklığı ile öğrenci igus filament ile en iyi sonuçları elde etti. Geleneksel PLA ile karşılaştırıldığında, yaptığı bir test sırasında çok daha düzenli bir eşapman tespit edebildi. Eşapman sonuçlarına ek olarak, tribolojik olarak optimize edilmiş filament aşınma direnci ile ağır gerilimli bileşenlerde iyileşme sağlayabildi. Saat mekanizmasının döndürme mekanizmasında bulunan mandalın kenarı (resme bakınız), geleneksel PLA kullanıldığında iglidur I150'den daha sık değiştirilmelidir. Ayrıca, iglidur I150'den basılmış spiral yay ile yapılan testler sayesinde geleneksel PLA ile karşılaştırıldığında daha yüksek bir tokluk ve esnebilirlik kaydedebildi.

iglidur I150'den yapılmış mandal, mandal çarkı ve mandal kenarından oluşur

Uygulamaların daha fazla kullanım ömrü için igus tribofilamentleri

iglidur I150'nin yanı sıra, igus 3D baskı için tribolojik olarak optimize edilmiş birçok filament sunar. Hepsinin ortak özelliği kayma uygulamaları için yüksek aşınma direncine sahip olmalarıdır. iglidur I150 tıpkı PLA ve PETG filamentleri gibi çok kolay işlenebilir. igus tribofilamentler, igus'un şirket içi test laboratuvarında yapılan aşınma testinde PLA ve ABS gibi geleneksel plastiklere göre 50 kata kadar daha iyi performans gösterir (resme bakınız). Ayrıca AB Yönetmeliği 10/2011 uyarınca gıda uyumludur ve bu nedenle gıda ve paketleme endüstrisinde kullanılan uygulamalar için uygundur. Çok yönlü filament, kolay işlemesi sayesinde baskı işinde yeni olanlar için özellikle uygundur. 3D baskı hizmeti, uzman yardımına ihtiyaç duyulduğunda 1-3 günlük teslimat süresi ile dilediğiniz zaman kullanılabilir.

iglidur I150 aşınma testi: Y ekseni = aşınma oranı [μm/km] 1. iglidur I150 2. iglidur I180 3. PLA 4. ABS test parametreleri (lineer hareket): v = 0.1m/s; p = 1MPa; mil malzemeleri: sertleştirilmiş çelik (Cf53/1.1213) ve paslanmaz çelik (V2A/1.4301)