Từ nguyên mẫu đến sản phẩm cuối cùng - các vòng bi sẵn sàng lắp đặt từ máy in 3D

• Những gì cần thiết:các ổ trượt cho hệ thống lái trong xe in 3D
• Phương pháp sản xuất: đùn sợi (FDM)
• Các yêu cầu:ít chạy, độ bền cao, chống mài mòn cao
• Vật liệu:iglidur I150
• Ngành:lĩnh vực ô tô
• Thành công từ sự hợp tác:chất lượng bề mặt tốt, sản xuất nhanh hơn nhờ in 3D không cần công cụ, nhiều thời gian hơn để phát triển, ít hoặc không có khe hở chịu lực

 
Tổng quan về ứng dụng:
Công ty Scaled 3D đến từ Vương quốc Anh đã phát triển một chiếc xe bốn bánh trong dự án “Tắc kè hoa” chỉ bao gồm các thành phần được in 3D. Trong các cuộc thử nghiệm xe, thiết kế hệ thống lái đã thu hút sự chú ý tiêu cực. Các ổ trượt có khe hở quá nhiều và mòn nhiều. Để ứng dụng vẫn được in 3D hoàn toàn, công ty đã bắt đầu tìm kiếm một vật liệu bền, chống mài mòn phù hợp hơn cho các điểm chịu lực. Sau nhiều thử nghiệm lớn nhỏ và định dạng khác nhau với sợi in tribo iglidur I150, nhóm phát triển cuối cùng đã thiết kế một ổ trượt gồm năm phần có khe hở rất ít và chịu mài mòn tốt hơn đáng kể so với ổ trượt làm bằng nhựa thông thường. Điều này đảm bảo rằng ổ trượt có thể tiếp tục hoàn toàn đến từ một máy in 3D.
 

Dự án "Tắc kè hoa" của Scaled 3D, một công ty có trụ sở tại Anh, nhằm phát triển một phương tiện hoàn toàn từ máy in 3D.

Vấn đề

Hệ thống lái của xe có khoảng trống quá lớn và nhanh chóng trở nên thiếu chính xác. Nó cũng có nguy cơ bị hao mòn nhanh chóng. Vì vậy, các vòng bi với độ hở ít hơn nhiều để phù hợp với hình dạng hiện có của phần còn lại của xe phải được chế tạo. Chiều sâu vòng bi không được vượt quá 20mm. Phía dưới của hai vòng bi cũng phải có một vòng trong được tách ra để cho phép lắp với cột lái, có hai bộ bu lông hướng tâm ở mỗi đầu. Các thành phần cũng phải có độ bền lớn hơn đáng kể so với các vòng bi được lắp đặt trước đây làm bằng PLA tiêu chuẩn.
 

Giải pháp

Scaled 3D đã tìm thấy vật liệu hoàn hảo cho dự án "Tắc kè hoa" của mình trong sợi in ba thành phần iglidur I150-PF được tối ưu hóa về mặt ma sát. Sợi in rất dễ gia công trong máy in khối lượng lớn và cung cấp các đặc tính cơ học tốt về độ bền, độ dẻo dai và độ bám dính của lớp trong các ứng dụng trượt. Vòng bi được chuyển đổi thành vòng bi 5 mảnh, ban đầu được thử nghiệm như một nguyên mẫu. Trong các thử nghiệm, khe hở trong vòng bi rất thấp khi chịu tải trọng lệch tâm trong quá trình quay. Các thử nghiệm trong giai đoạn phát triển đã rất có ý nghĩa, vì các thành phần cuối cùng sẽ được sản xuất với quy trình tương tự.
 

Dự án "Tắc kè hoa" - ứng dụng cá nhân, bền vững

Mục tiêu chính của dự án "Tắc kè hoa" đến từ Vương quốc Anh là phát triển một phương tiện hoàn toàn từ máy in 3D. Ý tưởng đằng sau dự án là sự thay đổi từ sản xuất hàng loạt sang sản xuất nhanh, dành riêng cho khách hàng. Đồng thời, việc sản xuất không dùng công cụ in 3D cho phép sử dụng vật liệu tái chế. Theo Scaled 3D, sẽ có thể sử dụng 100% vật liệu tái chế trong các phương tiện và cấu trúc in 3D trong tương lai. Cho đến nay, nhóm Chameleon đã cố gắng làm việc với 30% vật liệu tái chế trong nguyên mẫu đầu tiên của năm 2020. Tốc độ mà các bộ phận có thể được in 3D mang lại lợi ích đặc biệt cho dự án này: thời gian in tối đa là 83 phút cho một bộ phận lớn (1,375 kg) có nghĩa là các bộ phận này có thể được vẽ, in và kiểm tra trong cùng một ngày. Lợi thế về tốc độ lớn so với các quá trình như phay và ép phun có ảnh hưởng rất tích cực đến sự tự do phát triển của phương tiện, được hỗ trợ bởi sự tự do thiết kế về hình dạng hình học của các bộ phận.
 

Vòng bi cho hệ thống lái cũng đến từ máy in khổ lớn

Đường dẫn đến vòng bi bên phải

Để có được cái nhìn tổng quan về các đặc tính ma sát của sợi in ba thành phần iglidur I150, công ty đầu tiên đã thử nghiệm các thành phần ở định dạng nhỏ. Đầu tiên, các hình trụ lồng nhau được in, bề mặt chưa qua xử lý của chúng đã có chất lượng rất tốt so với các vật liệu khác. Các bộ phận sau đó được in ở định dạng lớn và chất lượng bề mặt tốt là một trong những đặc điểm ấn tượng của chúng. Vòng bi được thay thế sau đó đã được in lại từ iglidur I150. Các dòng I150 và lồng ổ bi được chứng minh là đối tác trượt tốt để vận hành ít ma sát. Cuối cùng, một ổ bi năm mảnh đã được tạo ra.
 

Nguyên mẫu ổ bi: nhựa thông thường ở bên trái, iglidur I150 ở bên phải

Tối ưu trong số các sợi in ba thành phần igus - iglidur I150

Trong các thử nghiệm trên vòng bi iglidur I150, khe hở rất thấp dưới tải trọng lệch tâm trong quá trình quay. Một hệ thống vòng bi kép sau đó đã được phát triển để lắp vào hệ thống lái của Chameleon. Theo Scaled 3D, chất lượng in của vòng bi iglidur I150 tương đương với ASA và tốt hơn nhiều so với PLA thông thường. Mặc dù chiều cao lớp là 1mm nhưng bề mặt hoàn thiện rất tốt. Ngoài chất lượng thành phần tốt, công ty cũng hài lòng với việc lắp ráp các bộ phận dễ dàng. Sợi in ba thành phần phù hợp cho cả các ứng dụng nhỏ và các dự án với máy in quy mô lớn. Nó có tính chất cơ học tốt và do đó phù hợp với hầu hết các ứng dụng và máy in 3D. iglidur I150 cũng phù hợp với thực phẩm theo Quy định của EU 10/2011 và phù hợp cho các ứng dụng trong ngành thực phẩm và đóng gói.
 

Sợi in iglidur I150 có thể được sử dụng với tất cả các máy in 3D.