Peças de relógio resistentes ao desgaste a partir da impressora 3D

• O que era necessário: Componentes para um relógio mecânico
• Método de fabrico: Extrusão de filamento (FDM)
• Requisitos: Elevada resistência ao desgaste, boas propriedades mecânicas, precisão nos detalhes
• Material: iglidur I150
• Indústria: Criação de modelos
• Sucesso para o cliente: melhor resistência ao desgaste, duração de vida dos componentes significativamente mais longa, funcionamento mais regular do mecanismo de escape do relógio e portanto, de todo o movimento

Vista rápida da aplicação:
Como parte de um projeto da Jugend Forscht, Kai Schmidt-Brauns construiu um relógio completamente impresso em 3D e comparou uma curva do perfil matematicamente calculada de um mecanismo de escape de um relógio com uma curva de perfil empiricamente determinada. Para testar as respetivas curvas de perfil, imprimiu um relógio mecânico baseado no seu modelo matemático. Além das experiências com componentes feitos de PLA convencional, o aluno de Wolfsburg testou as diferentes curvas de perfil com componentes feitos no tribofilamento iglidur I150. Isto confirmou o melhor desempenho do escape com o material igus. Graças ao filamento tribologicamente otimizado, os componentes que são sujeitos a níveis particularmente elevados de carga mecânica foram capazes de alcançar uma duração de vida significativamente mais longa e um funcionamento mais regular do que os componentes em PLA convencional.
 

O relógio mecânico pela frente: a energia é armazenada no mecanismo de corda

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 conceber um mecanismo de saída para o relógio impresso em 3D e determinar subsequentemente a sua geometria com um modelo matemático. Embora o modelo matemático tenha levado a um movimento mais regular do relógio, levantou-se a questão de outras formas de tornar o relógio ainda mais preciso. Além disso, nos testes com componentes impressos em 3D em PLA convencional, as peças sujeitas a grande tensão, tais como o trinquete (constituído pela roda de trinquete e aro de trinquete ) no elevador, não tiveram uma duração de vida particularmente longa.

Solução

Após os testes com o relógio feito de PLA convencional, Kai Schmidt-Brauns substituiu os componentes críticos por exemplares impressos no tribofilamento iglidur I150 da igus. Na comparação, notou-se que o deslizamento e o atrito estático entre os componentes em iglidur I150 é significativamente reduzida. Além disso, graças à elevada resistência ao desgaste dos materiais da igus, a duração de vida do trinquete poderia ser aumentada, bem como um movimento mais regular do escape.

Um relógio de precisão totalmente impresso em 3D

Jugend Forscht é um concurso alemão para jovens investigadores desde o 4º ano até aos 21 anos de idade. Os participantes podem trabalhar e submeter problemas da sua própria escolha nas áreas da matemática, informática e ciências naturais. Como parte deste concurso, Kai Schmidt-Brauns de Wolfsburg criou pela primeira vez um modelo matemático para determinar a geometria exata dos componentes de um mecanismo de escape impresso em 3D. Isto envolveu em particular a curva da roda dentada de perfil, que pôde calcular a partir de parâmetros bem definidos. O escape de um relógio é a parte que determina a precisão do relógio. O mecanismo de saída "inibe" a rodagem em intervalos regulares, por exemplo com a ajuda de um pellet fork, e assegura que um minuto no relógio também corresponde a um minuto e não dura às vezes 61 e às vezes 55 segundos. Na etapa seguinte do projeto, Kai Schmidt-Brauns comparou a curva de perfil calculada com uma curva de perfil determinada empiricamente. 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 dentada de perfil, cuja curva tem de ser determinada exatamente

Mais movimentos precisos com o iglidur I150

Além de comparar a fórmula matemática e a curva de perfil empiricamente determinada, Kai Schmidt-Brauns testou os escapamentos com materiais diferentes. A escolha recaiu sobre o tribofilamento iglidur I150. Com uma temperatura de 40°C, uma velocidade de impressão de 30mm/s a uma altura de 0,1mm e uma temperatura de extrusão de 250°C, o aluno obteve os melhores resultados com o filamento da igus. Em comparação com o PLA convencional, também foi capaz de detetar um escape muito mais regular durante um teste de ensaio. Para além dos resultados no escape, o filamento tribologicamente otimizado foi capaz de proporcionar uma melhoria nos componentes sob elevado stress com a sua resistência ao desgaste. O aro do trinquete (ver imagem), que se encontra no mecanismo de corda do relógio, teve de ser substituído mais frequentemente quando se utilizou o PLA convencional do que com o iglidur I150. Além disso, através de testes com uma mola espiral impressa em iglidur I150, conseguiu registar uma maior tenacidade e maleabilidade em comparação com a que é feita a partir do PLA convencional.

O trinquete em iglidur I150 consiste na roda de trinquete e no aro do trinquete

Tribofilamentos da igus para uma maior duração de vida das aplicações

Para além do iglidur I150, a igus oferece muitos outros filamentos tribologicamente otimizados para impressão 3D. Todos têm em comum a sua elevada resistência ao desgaste para aplicações deslizantes. O iglidur I150 pode ser processado muito facilmente, tal como os filamentos PLA e PETG. No teste de desgaste do laboratório de testes interno da igus, os tribofilamentos da igus têm um desempenho até 50 vezes melhor do que os plásticos convencionais como o PLA e o ABS (ver imagem). Está também em conformidade com o Regulamento (UE) n.º 10/2011 e, portanto, adequado para aplicações para a indústria alimentar e de embalagens. O filamento versátil é particularmente adequado para impressoras principiantes devido ao seu fácil processamento. O serviço de impressão em 3D também está disponível a qualquer altura com um prazo de entrega de 1-3 dias, com a necessária ajuda especializada.

iglidur I150 no teste de desgaste: eixo-Y = taxa de desgaste [μm/km] 1. iglidur I150 2. iglidur I180 3. PLA 4. ABS; parâmetros do teste (movimento linear): v = 0.1m/s; p = 1MPa; materiais do veio: aço endurecido (Cf53/1,1213) e aço inoxidável (V2A/1,4301)