Do protótipo ao produto final - rolamentos de esferas prontos-a-instalar a partir da impressora 3D

• O que era necessário: casquilhos deslizantes impressos em 3D para o sistema de direção de um veículo
• Método de fabrico: Extrusão de filamento (FDM)
• Requisitos: pouca folga, elevada robustez e resistência ao desgaste
• Material: iglidur I150
• Indústria: Setor automóvel
• Sucesso através da colaboração: boa qualidade da superfície, produção mais rápida graças à impressão 3D sem molde, mais tempo para o desenvolvimento, pouca ou nenhuma folga

 
Vista rápida da aplicação:
A empresa Scaled 3D do Reino Unido desenvolveu um veículo de quatro rodas no seu projeto “Chameleon” que consiste exclusivamente em componentes impressos em 3D. Durante os testes do veículo, o sistema de direção atraiu uma atenção negativa. Os casquilhos da direção tinham demasiada folga e muito desgaste. Para que a aplicação permaneça totalmente impressa em 3D, a empresa começou a procurar um material robusto e resistente ao desgaste que fosse mais adequado para os pontos de apoio. Após vários testes em grandes e pequenos formatos com o tribofilamento iglidur I150, a equipa de desenvolvimento desenhou finalmente um casquilho deslizante de cinco partes que tinha uma folga reduzida e era significativamente mais resistente ao desgaste do que os casquilhos feitos de plástico convencional. Isto garantiu que o casquilho poderia ser impresso em 3D.
 

O projeto "Chameleon" da Scaled 3D, empresa sediada no Reino Unido, teve como objetivo desenvolver um veículo impresso em 3D.

Problema

O sistema de direção do veículo tinha demasiada folga e tornou-se rapidamente impreciso. Também corria o risco de se desgastar rapidamente. Por isso, tiveram de ser feitos casquilhos para a direção com folga muito reduzida que se adaptassem à forma existente do resto do veículo. A profundidade do casquilho não devia exceder 20mm. A parte inferior dos dois casquilhos também teve de ter um anel interior bipartido para permitir a montagem com a coluna de direção, que tem dois conjuntos de parafusos radiais em cada extremidade. Os componentes também tinham de ter uma resistência significativamente maior do que os anteriormente instalados feitos de PLA standard.
 

Solução

A Scaled 3D encontrou o material perfeito para o seu projeto "Chameleon" no tribofilamento iglidur I150-PF tribologicamente otimizado. O filamento é facilmente processado numa impressora de grande volume e oferece boas propriedades mecânicas em termos de resistência, robustez e aderência das camadas em aplicações deslizantes. O casquilho foi convertido num rolamento de esferas de cinco peças que foi inicialmente testado como um protótipo. Durante os testes, a folga no casquilho foi muito baixa sob cargas excêntricas durante a rotação. Os testes na fase de desenvolvimento foram logo muito significativos, uma vez que os componentes finais seriam fabricados com o mesmo processo.
 

O projeto "Chameleon" - aplicação individual e sustentável

O principal objetivo do projeto "Chameleon" do Reino Unido era desenvolver um veículo inteiramente impresso em 3D. A ideia por detrás do projeto foi a mudança da produção em massa para uma produção rápida e específica para os clientes. Ao mesmo tempo, a fabricação aditiva sem moldes deveria permitir a utilização de materiais reciclados. De acordo com a Scaled 3D, será possível utilizar no futuro materiais 100% reciclados em veículos e estruturas impressos em 3D. Até agora, a equipa do Chameleon conseguiu trabalhar com 30% de material reciclado no primeiro protótipo de 2020. A velocidade com que as peças podem ser impressas em 3D é especialmente benéfica para este projeto: um tempo de impressão máximo de 83 minutos para uma peça de grande dimensão (1,375 kg) significava que estas peças podiam ser desenhadas, impressas e testadas no mesmo dia. A grande vantagem da velocidade sobre processos como a fresagem e a injeção teve uma influência muito positiva no desenvolvimento do veículo, que foi apoiada pela liberdade de desenho na geometria das peças.
 

Os casquilhos para o sistema de direção também vêm da impressora de grande escala

O caminho para os casquilhos certos

Para obter uma visão geral das propriedades tribológicas do tribofilamento iglidur I150, a empresa testou primeiro os componentes num formato pequeno. Em primeiro lugar, foram impressos cilindros sobrepostos, cujas superfícies não tratadas já apresentavam uma excelente qualidade em comparação com outros materiais. As peças foram então impressas num grande formato, e a excelente qualidade da superfície estava entre as suas características impressionantes. O rolamento de esferas a ser substituído foi então reimpresso em iglidur I150. A gaiola e o anel do rolamento de esferas em iglidur I150 provaram ser bons elementos deslizantes para funcionamento com baixo atrito. No final, foi criado um rolamento de esferas de cinco peças.
 

O protótipo do rolamento de esferas: plástico convencional à esquerda, iglidur I150 à direita

O filamento universal dos tribofilamentos da igus - iglidur I150

Durante os testes do rolamento de esferas em iglidur I150, a folga foi muito baixa sob cargas excêntricas durante a rotação. Foi então desenvolvido um sistema de duplo rolamento para se ajustar ao sistema de direção Camaleão. De acordo com Scaled 3D, a qualidade de impressão dos rolamentos em iglidur I150 é comparável à da ASA e muito melhor do que a da PLA convencional. Apesar da altura da camada ser de 1mm, o acabamento superficial ficou muito bom. Para além da excelente qualidade dos componentes, a empresa também está satisfeita com a fácil montagem das peças. O tribofilamento é adequado tanto para pequenas aplicações como para projetos com a impressora de grande escala. Tem boas propriedades mecânicas e é, portanto, adequado para a maioria das aplicações e impressoras 3D. O iglidur I150 também está em conformidade com o Regulamento (UE) 10/2011 e é adequado para aplicações na indústria alimentar e de embalagens.
 

O tribofilamento iglidur I150 pode ser utilizado com todas as impressoras 3D.