Các bộ phận đồng hồ chống mài mòn từ máy in 3D

• Những gì cần thiết: các thành phần cho đồng hồ cơ học
• Phương pháp sản xuất: đùn sợi (FDM)
• Các yêu cầu: chống mài mòn cao, tính chất cơ học tốt, độ chính xác của chi tiết
• Vật liệu:iglidur I150
• Ngành:chế tạo mô hình
• Thành công cho khách hàng: cải thiện khả năng chống mài mòn, tuổi thọ vận hành của thành phần cao hơn đáng kể, bộ thoát và do đó của đồng hồ nói chung chạy đều đặn hơn

Tổng quan về ứng dụng:
Là một phần của dự án Jugend Forscht, Kai Schmidt-Brauns đã xây dựng một đồng hồ hoàn toàn có thể in 3D và so sánh đường cong biên dạng được tính toán toán học của một bộ thoát của đồng hồ cơ với một đường cong biên dạng xác định theo kinh nghiệm. Để kiểm tra từng đường cong biên dạng, ông đã in kim đồng hồ cơ học dựa trên mô hình toán học của mình. Ngoài các thử nghiệm với các thành phần làm bằng PLA thông thường, Schmidt-Brauns đã thử nghiệm các đường cong biên dạng khác nhau với các thành phần được làm bằng sợi in ba thành phần iglidur I150. Điều này khẳng định rằng bộ thoát bằng vật liệu igus hoạt động tốt hơn. Do sợi in được tối ưu hóa ma sát, các bộ phận chịu tải trọng cơ học đặc biệt cao có thể đạt được tuổi thọ cao hơn đáng kể và hoạt động thường xuyên hơn các bộ phận làm bằng PLA thông thường.
 

Đồng hồ cơ học từ phía trước: năng lượng được lưu trữ trong cơ cấu lên dây cót

Vấn đề

Để đồng hồ cơ chạy chính xác, hình dạng của tất cả các thành phần của cơ cấu phải được xác định chính xác và ma sát giữa các bộ phận chuyển động phải được giữ ở mức thấp nhất có thể. Mục đích của dự án của Kai Schmidt-Brauns là thiết kế một cơ chế thoát cho đồng hồ có thể in 3D và sau đó xác định hình dạng của nó bằng một mô hình toán học. Mặc dù mô hình toán học đã dẫn đến sự chuyển động đều đặn hơn của kim đồng hồ, nhưng câu hỏi đã đặt ra là những cách khác để làm cho kim đồng hồ thậm chí còn chính xác hơn. Ngoài ra, trong các thử nghiệm với các bộ phận in 3D làm bằng PLA thông thường, các bộ phận chịu lực nặng, chẳng hạn như bánh cóc (bao gồm bánh cóc và vành bánh cóc) trong thang máy không có tuổi thọ đặc biệt lâu.

Giải pháp

Sau các thử nghiệm với đồng hồ làm bằng PLA thông thường, Kai Schmidt-Brauns đã thay thế các thành phần quan trọng bằng các mẫu thử được in từ sợi in igus iglidur I150. Trong quá trình so sánh, có thể nhận thấy ma sát trượt và ma sát tĩnh giữa các thành phần làm bằng iglidur I150 giảm đáng kể. Ngoài ra, nhờ khả năng chống mài mòn cao của vật liệu igus, tuổi thọ của bánh cóc có thể được tăng lên, cũng như chuyển động đều đặn hơn của bộ thoát.

Đồng hồ chính xác hoàn toàn từ máy in 3D

Jugend Forscht là cuộc thi của Đức dành cho các nhà nghiên cứu trẻ từ lớp 4 đến 21 tuổi. Người tham gia có thể làm việc và gửi các vấn đề mà họ lựa chọn trong các lĩnh vực toán học, khoa học máy tính và khoa học tự nhiên. Là một phần của cuộc thi này, Kai Schmidt-Brauns từ Wolfsburg lần đầu tiên thiết lập một mô hình toán học để xác định hình học chính xác của các thành phần của cơ chế thoát có thể in 3D. Điều này đặc biệt liên quan đến đường cong biên dạng của bánh xe biên dạng, mà anh ta có thể tính toán từ các thông số được xác định rõ ràng. Bộ thoát của đồng hồ là bộ phận quyết định độ chính xác của đồng hồ. Cơ chế thoát "ức chế" bộ truyền bánh răng ở những khoảng thời gian đều đặn, ví dụ như với sự trợ giúp của một cái nĩa dạng viên, và đảm bảo rằng một phút trong đồng hồ cũng tương ứng với một phút và không kéo dài đôi khi 61 và đôi khi là 55 giây. Trong bước tiếp theo của dự án, Kai Schmidt-Brauns đã so sánh đường cong biên dạng tính toán với đường cong biên dạng xác định theo kinh nghiệm. Ông nhận thấy rằng chuyển động với đường cong biên dạng được tính toán có tốc độ đều đặn hơn so với đường cong biên dạng xác định theo kinh nghiệm.

Đồng hồ cơ học từ phía sau: Ở ngoài cùng bên trái là bánh xe biên dạng, có đường cong biên dạng phải được xác định chính xác

Chuyển động chính xác hơn với iglidur I150

Ngoài việc so sánh công thức toán học và đường cong biên dạng xác định theo kinh nghiệm, Kai Schmidt-Brauns đã thử nghiệm các bộ thoát bằng vật liệu khác nhau. Sự lựa chọn rơi vào sợi in iglidur I150. Với nhiệt độ giường 40°C, tốc độ in 30mm/s ở chiều cao lớp 0,1mm và nhiệt độ máy đùn là 250°C, sinh viên đã đạt được kết quả tốt nhất với sợi in từ igus. So với PLA thông thường, anh ta cũng có thể phát hiện ra một bộ thoát thường xuyên hơn nhiều trong quá trình chạy thử nghiệm. Ngoài các kết quả trong bộ thoát, sợi in được tối ưu hóa về mặt ma sát có thể cung cấp sự cải thiện cho các thành phần chịu lực nặng với khả năng chống mài mòn của nó. Vành bánh cóc của bánh cóc (xem hình), nằm trong cơ cấu lên dây cót của đồng hồ, đã phải thay thường xuyên hơn khi sử dụng PLA thông thường so với iglidur I150. Hơn nữa, thông qua các thử nghiệm với một lò xo xoắn ốc được in từ iglidur I150, anh ta có thể ghi lại độ bền và độ dẻo cao hơn so với lò xo được làm từ PLA thông thường.

Bánh cóc làm bằng iglidur I150 bao gồm bánh cóc và vành bánh cóc

Các sợi in igus để tăng tuổi thọ sử dụng của các ứng dụng

Bên cạnh iglidur I150, igus còn cung cấp nhiều loại sợi quang khác được tối ưu hóa để in 3D. Tất cả đều có điểm chung là khả năng chống mài mòn cao cho các ứng dụng trượt. iglidur I150 có thể được xử lý rất dễ dàng, giống như các sợi in PLA và PETG. Trong thử nghiệm mài mòn từ phòng thí nghiệm thử nghiệm trong nhà của igus, igus tribofilaments hoạt động tốt hơn tới 50 lần so với các loại nhựa thông thường như PLA và ABS (xem hình). Nó cũng phù hợp với thực phẩm theo Quy định của EU 10/2011 và do đó thích hợp cho các ứng dụng thích hợp trong ngành thực phẩm và đóng gói. Sợi in toàn năng đặc biệt thích hợp cho các máy in mới do dễ xử lý. Dịch vụ in 3D cũng được cung cấp bất cứ lúc nào với thời gian giao hàng từ 1-3 ngày nếu cần sự trợ giúp của chuyên gia.

Kiểm tra độ mòn iglidur I150: Trục Y = tốc độ mòn [μm/km] 1. iglidur I150 2. iglidur I180 3. PLA 4. Các thông số kiểm tra ABS (chuyển động thẳng): v = 0,1m/s; p = 1MPa; vật liệu trục: thép cứng (Cf53/1,1213) và thép không gỉ (V2A/1,4301)