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

• O que é que era necessário? Casquilhos deslizantes para a direção do veículo impresso em 3D
• Método de fabrico: Extrusão de filamentos (FDM)
• Requisitos: baixa folga, alta resistência, alta resistência à abrasão
• Material: iglidur i150
• Indústria: Indústria automóvel
• Sucesso através da cooperação: Boa qualidade da superfície, produção mais rápida graças à impressão 3D sem ferramentas, mais tempo para o desenvolvimento, pouca ou nenhuma folga do rolamento

A aplicação num relance:
No seu projeto "Chameleon", a empresa britânica Scaled 3D desenvolveu um veículo de quatro rodas feito exclusivamente de componentes impressos em 3D. Durante os testes do veículo, a conceção do sistema de direção atraiu uma atenção negativa. Os rolamentos da direção tinham demasiada folga e muito desgaste. Para que a aplicação continuasse a ser totalmente impressa em 3D, a empresa começou a procurar um material duro e resistente ao desgaste que fosse mais adequado para os pontos de apoio. Depois de vários testes em formatos grandes e pequenos com o tribofilamento iglidur i150, a equipa de desenvolvimento finalmente concebeu um casquilho deslizante de cinco partes que tinha muito pouca folga e era significativamente mais resistente à abrasão do que os rolamentos feitos de plástico convencional. Deste modo, foi possível cumprir a condição de que o rolamento continuasse a provir da impressora 3D.

O sistema de direção do veículo tinha demasiada folga e rapidamente se tornou impreciso. Além disso, corria o risco de se desgastar rapidamente. Assim, foi necessário fabricar rolamentos de direção com muito menos folga que se encaixassem na forma existente do resto do veículo. A profundidade das chumaceiras não devia exceder os 20 mm. O mais baixo dos dois rolamentos também tinha de ter um anel interior dividido 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 rolamentos anteriormente instalados feitos de PLA normal.

A Scaled 3D encontrou o material perfeito para o seu projeto "Chameleon" no tribofilamento iglidur i150-PF tribologicamente optimizado. O filamento é muito fácil de processar numa impressora de grande volume e oferece boas propriedades mecânicas em termos de resistência, dureza e adesão de camadas em aplicações de deslizamento. O rolamento foi convertido num rolamento de esferas de cinco peças que foi inicialmente testado como protótipo. Durante os testes, a folga no rolamento foi muito baixa sob cargas excêntricas durante a rotação. Os testes na fase de desenvolvimento já eram muito significativos, uma vez que os componentes finais seriam fabricados com o mesmo processo.

O principal objetivo do projeto "Chameleon", do Reino Unido, era desenvolver um veículo inteiramente produzido a partir de uma impressora 3D. A ideia subjacente ao projeto era a mudança da produção em massa para uma produção rápida e específica para o cliente. Ao mesmo tempo, o fabrico aditivo sem ferramentas deveria permitir a utilização de material reciclado. De acordo com a Scaled 3D, no futuro será possível utilizar 100% de material reciclado 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 rapidez com que as peças podem ser impressas em 3D é especialmente vantajosa para este projeto: um tempo máximo de impressão de 83 minutos para uma peça grande (1,375 kg) significa que estas peças podem ser desenhadas, impressas e testadas no mesmo dia. A grande vantagem da velocidade em relação a processos como a fresagem e a moldagem por injeção teve uma influência muito positiva na liberdade de desenvolvimento do veículo, que foi apoiada pela liberdade de design na geometria das peças.

De forma a obter uma visão geral das propriedades tribológicas do tribofilamento iglidur i150, a empresa começou por testar os componentes num formato pequeno. Primeiro, foram impressos cilindros aninhados, com as suas superfícies não tratadas já de muito boa qualidade em comparação com outros materiais. As peças foram depois impressas num formato grande, e a sua boa qualidade de superfície foi uma das suas caraterísticas impressionantes. O rolamento de esferas a ser substituído foi então reimpresso a partir de iglidur i150. As pistas de I150 e a gaiola do rolamento de esferas provaram ser bons parceiros de deslizamento para uma operação de baixa fricção. No final, foi criado um rolamento de esferas de cinco peças.

Durante os testes com o rolamento de esferas iglidur i150, a folga foi muito baixa sob cargas excêntricas durante a rotação. Foi então desenvolvido um sistema de rolamento duplo para encaixar no sistema de direção Chameleon. De acordo com a Scaled 3D, a qualidade de impressão dos rolamentos iglidur i150 é comparável à do ASA e muito melhor do que o PLA convencional. Apesar de uma altura de camada de 1mm, o acabamento da superfície foi muito bom. Para além da boa qualidade dos componentes, a empresa também está satisfeita com a fácil montagem das peças. O tribofilamento é adequado tanto para pequenas aplicações como para projectos 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 é compatível com alimentos de acordo com o Regulamento da UE 10/2011 e é adequado para aplicações nas indústrias alimentar e de embalagens.