Acelerações elevadas e até 80 °C: Casquilhos lineares fiáveis para impressoras 3D

Fundada em 2012, a Kühling&Kühling vende aos seus clientes soluções de fabrico 3D flexíveis e facilmente escaláveis. Para a realização da primeira impressora 3D produzida em série, o especialista em soluções sediado em Kiel estava à procura de uma calha articulada para o encaminhamento seguro de cabos e uma solução de rolamento de revestimento adequada. Os requisitos de uma impressora 3D para a tecnologia de rolamentos são elevados: o elevado desempenho das máquinas requer componentes móveis que possam suportar acelerações elevadas durante um longo período de tempo sem quaisquer problemas e com o mínimo de manutenção possível. Além disso, o funcionamento interno dinâmico também resulta em enormes temperaturas de até 80 °C, para as quais foi necessário encontrar os materiais corretos. Por fim, as peças integradas também tinham de cumprir os elevados requisitos em termos de silêncio.

A empresa Kühling&Kühling, com sede em Kiel, é uma delas desde 2012. Os dois fundadores, os engenheiros mecatrónicos Jonas e Simon Kühling, especializaram-se no desenvolvimento e produção de hardware de código aberto na área das impressoras 3D. Após um ano e meio de desenvolvimento, o primeiro produto, a "RepRap Industrial", está a ser produzido em série desde o final de 2013. É uma solução económica para a criação de protótipos rápidos fiáveis e de alta qualidade, especialmente para uma utilização contínua e intensiva

O sistema está em constante desenvolvimento e acaba de receber uma atualização fundamental e várias melhorias com a versão "v1.1.0". Todos os materiais que satisfaçam determinadas especificações básicas podem ser processados, desde os termoplásticos de alta resistência e os plásticos com enchimento de fibras até aos materiais elásticos de borracha. As impressoras disponíveis para uso doméstico ou para modelação apenas permitem a utilização de uma gama muito limitada de materiais de impressão. Neste caso, é utilizado predominantemente o chamado "bio-plástico", que tem por base o milho e que, de um modo geral, não consegue suportar os requisitos técnicos da utilização industrial. Isto deve-se ao facto de este plástico já falhar a temperaturas superiores a 45 °C - os limites de temperatura na indústria são significativamente mais elevados. Em comparação com outras impressoras 3D para uso industrial, a "RepRap Industrial" é particularmente recomendada devido ao seu preço. Este é cerca de 25 a 30 por cento mais baixo do que o de sistemas comparáveis. O sucesso prova que a Kühling&Kühling tem razão: o número de unidades está a aumentar continuamente e quadruplicou no espaço de um ano.

Todos os materiais que satisfaçam determinadas especificações básicas podem ser processados, desde os termoplásticos de alta resistência e os plásticos cheios de fibras até aos materiais elásticos de borracha.

Simon Kühling recorda a procura de um fornecedor adequado: "Quando começámos a desenvolver o sistema, pensámos inicialmente nos clássicos rolamentos de esferas. Estes têm várias desvantagens. Em primeiro lugar, são demasiado caros, com um preço unitário de cerca de 12 euros, e, em segundo lugar, deixam de funcionar a uma temperatura de funcionamento de 65 °C. Nessa altura, os vedantes começam a falhar. Depois, os vedantes começam a falhar e a lubrificação desgasta-se." Isto levou-nos a rolamentos de deslizamento lineares com superfícies deslizantes de plástico. "Por razões de custo, testámos inicialmente produtos asiáticos," diz Simon Kühling. "No entanto, estes não satisfaziam de forma alguma os nossos requisitos, para não falar de uma capacidade de entrega rápida e a longo prazo."

Para a passagem de cabos, o especialista sediado em Kiel optou pela nossa calha articulada da micro-série E2, que ocupa muito pouco espaço de instalação e foi desenvolvida para aplicações particularmente dinâmicas. Para além disso, as guias de fuso dryspin®, os casquilhos deslizantes lineares drylin® R e os filmes lisos lineares feitos de iglidur® E7 foram utilizados como uma solução de casquilho linear na geração de impressoras 3D. Ao contrário dos casquilhos de esferas recirculantes convencionais, os casquilhos lineares feitos com o material iglidur® provaram ser uma solução económica e ao mesmo tempo de alto desempenho.
Eles cumprem os elevados requisitos de emissões de ruído, aceleração de deslocação e resistência contínua à temperatura. Para além disso, os casquilhos lineares de deslizamento sem lubrificação vitalícia não necessitam de manutenção e, por isso, têm um desgaste particularmente baixo e uma longa vida útil. 
Graças ao posicionamento preciso dos elementos de rolamento, mesmo durante movimentos rápidos, e à ausência de vibração, os clientes também podem obter resultados de produção óptimos com as suas impressoras 3D.

A tecnologia linear e de acionamento "drylin®" da igus® oferece aos designers de impressoras 3D vários componentes - sempre completamente isentos de lubrificação e disponíveis em 24 horas e sem quantidade mínima de encomenda. Outra vantagem do uso de mancais lineares de deslizamento feitos de plásticos de alto desempenho é o seu funcionamento silencioso; não há ruído mecânico de rolamento como com esferas de metal ou cerâmica.

Um total de doze produtos de rolamentos da igus®são usados na "RepRap Industrial": eixos de aço e adaptadores de guia linear com lâminas deslizantes feitas de "iglidur®" plásticos de alto desempenho para guiar o respetivo eixo, bem como parafusos de chumbo e porcas roscadas de plástico como accionadores de eixo. As chumaceiras lineares são idênticas em design aos casquilhos de esferas recirculantes, económicas e fáceis de instalar. Além disso, amortecem as vibrações. Isto é tanto mais importante quanto a impressão 3D não gera grandes forças, mas ocorrem acelerações rápidas. Para isso, o eixo tem de ser leve.

Kühling&A impressora 3D da Kühling também utiliza produtos da segunda maior divisão de negócios da igus®, calhas articuladas de plástico. As correntes da família "E2 micro" utilizadas aqui são caracterizadas pelo seu design extremamente económico em termos de espaço, baixo peso e movimentos de rolamento particularmente suaves. Os contornos suaves da calha articulada plástica também protegem os cabos inseridos.

O catálogo online da igus® já nos deu uma boa visão geral da gama e dos produtos que são adequados para nós. No entanto, a consulta pessoal ajudou-nos muito a escolher o produto certo entre a massa de opções."

Para além disso, houve um diálogo constante sobre os limites e as possibilidades de componentes individuais e possíveis novos desenvolvimentos. Este último aplicou-se, por exemplo, na área das folhas deslizantes. A película deslizante "iglidur® E7", atualmente apresentada, foi especialmente desenvolvida para movimentos lineares. A sua força particular é a sua elevada vida útil e baixa taxa de desgaste em veios feitos de aço, aço cromado e todos os tipos de aço inoxidável. A temperatura de funcionamento vai de -30 a + 80°C. O "E7" está disponível como lâmina deslizante para diâmetros de 10 a 50 mm e pode ser combinado com todas as caixas lineares da série "drylin® R".