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

• O que era necessário: Componentes para um relógio mecânico
• Processo de fabrico: Extrusão de filamentos (FDM)
• Requisitos: Elevada resistência à abrasão, boas caraterísticas mecânicas, precisão nos detalhes
• Material: iglidur® i150
• Indústria: Fabrico de modelos
• Sucesso através da cooperação: resistência ao desgaste melhorada, vida útil significativamente mais elevada dos componentes, funcionamento mais regular do escape e, portanto, do movimento como um todo

A aplicação num relance:
No âmbito de um projeto Jugend Forscht, Kai Schmidt-Brauns construiu um movimento completamente imprimível em 3D e comparou uma curva de perfil calculada matematicamente de um escape de um movimento mecânico com uma curva de perfil determinada empiricamente. Para testar as respectivas curvas de perfil, imprimiu um movimento mecânico com base no seu modelo matemático. Para além dos testes com componentes feitos de PLA convencional, o estudante de Wolfsburg testou as diferentes curvas de perfil com componentes feitos de tribofilamento® iglidur® i150. Isto confirmou um melhor desempenho do escape com o material igus®. Graças ao filamento tribologicamente optimizado, os componentes que estão expostos a cargas mecânicas particularmente elevadas conseguiram atingir uma vida útil significativamente mais longa e um funcionamento mais regular do que as peças feitas de PLA convencional.

Para que um movimento mecânico funcione com precisão, a geometria de todos os componentes do mecanismo deve ser determinada com exatidão e a fricção entre as peças móveis deve ser minimizada. O objetivo do projeto de Kai Schmidt-Brauns era conceber um mecanismo de escape para o movimento imprimível em 3D e depois determinar a sua geometria utilizando um modelo matemático. Embora o modelo matemático tenha resultado num movimento mais regular, surgiu a questão de outras formas de tornar o movimento ainda mais preciso. Nos testes com componentes impressos em 3D feitos a partir de PLA convencional, as peças muito carregadas, como a catraca (composta por uma roda e um anel de catraca) no mecanismo de enrolamento, não tiveram uma vida útil particularmente elevada.

Após os testes com o movimento feito de PLA convencional, Kai Schmidt-Brauns substituiu os componentes críticos por espécimes impressos a partir do tribofilamento igus®® iglidur® i150. A comparação revelou que a fricção estática e de deslizamento entre os componentes feitos de iglidur® i150 foi significativamente reduzida. Para além disso, graças à elevada resistência ao desgaste do material igus®, a vida útil do roquete foi aumentada e foi observado um funcionamento mais regular do escape.

Jugend Forscht é um concurso alemão para jovens talentos, destinado a alunos do 4º ano até aos 21 anos de idade. Os participantes podem trabalhar e apresentar problemas da sua escolha nos domínios da matemática, da informática e das ciências naturais. No âmbito deste concurso, Kai Schmidt-Brauns, de Wolfsburg, começou por criar um modelo matemático para determinar a geometria exacta dos componentes de um mecanismo de escape imprimível em 3D. Em particular, isto envolveu a curva do perfil da roda de perfil, que ele conseguiu calcular a partir de parâmetros bem definidos. O escape de um relógio é a parte que determina a precisão do relógio. O mecanismo de escape "inibe" o trem de engrenagens em intervalos regulares, por exemplo, com a ajuda de uma âncora, e garante que um minuto no relógio corresponde a um minuto e não demora por vezes 61 e por vezes 55 segundos. Na etapa seguinte do projeto, Kai Schmidt-Brauns comparou a curva de perfil calculada com uma curva de perfil determinada empiricamente. Verificou que o movimento com a curva de perfil calculada tem um ritmo mais regular do que a curva de perfil determinada empiricamente.

Para além da comparação entre a fórmula matemática e a curva de perfil determinada empiricamente, Kai Schmidt-Brauns testou os escapes com diferentes materiais. A escolha recaiu sobre o tribofilamento® iglidur® i150. Com uma temperatura de cama de 40 °C, uma velocidade de impressão de 30 mm/s a uma altura de camada de 0,1 mm e uma temperatura de extrusão de 250 °C, o estudante obteve os melhores resultados com o filamento da igus®. Em comparação com o PLA convencional, ele também foi capaz de determinar um movimento significativamente mais regular do escape durante um teste. Para além dos resultados no escape, o filamento tribologicamente optimizado foi capaz de proporcionar uma melhoria com a sua resistência ao desgaste em componentes fortemente carregados. O anel de lingueta do roquete (ver imagem), que está localizado no mecanismo de enrolamento do relógio, teve de ser substituído significativamente mais vezes com PLA convencional do que com iglidur® i150. Além disso, foi capaz de registar uma maior resistência e flexibilidade em comparação com o PLA convencional através de testes com uma mola espiral impressa a partir do iglidur® i150.

Para além do iglidur® i150, a igus® oferece muitos outros filamentos tribologicamente optimizados para impressão 3D. Todos eles têm em comum o facto de se destinarem a aplicações de deslizamento devido à sua elevada resistência à abrasão. iglidur® i150 pode ser processado muito facilmente como os filamentos PLA e PETG. No teste de desgaste do laboratório de testes da igus®, os tribofilamentos igus® têm um desempenho até 50 vezes melhor do que os plásticos convencionais como o PLA e o ABS (ver imagem). É também compatível com alimentos de acordo com o Regulamento da UE 10/2011 e, portanto, adequado para aplicações correspondentes na indústria alimentar e de embalagens. O filamento polivalente é particularmente adequado para iniciantes na impressão, graças à sua facilidade de processamento. O serviço de impressão 3D também está disponível em qualquer altura, com um prazo de entrega de 1-3 dias, se for necessária a ajuda de especialistas.