Цепные звездочки, изготовленные на 3D-принтере, заставляют велосипеды с электроприводом шептать

• Что требовалось: полимерное зубчатое колесо
• Способ изготовления: селективное лазерное спекание
• Требования: высокая степень износостойкости, хорошие свойства скольжения, продолжительный срок службы
• Материал: iglidur I3
• Отрасль: производство велосипедов
• Успех благодаря совместной работе: оперативное конфигурирование компонента в режиме онлайн в рамках сервиса 3D-печати, более низкий уровень шума при работе, чем при использовании металла

Краткий обзор варианта применения:
E-bikes становятся легче и работают очень тихо. Во время работы шум мотора практически отсутствует. Однако находчивых изобретателей, таких как Ларс Хартманн из Райхсхоф, это не устраивает. Велосипедная цепь была для него слишком громкой. Металлическая звездочка служила в качестве направляющей цепи для исключения ее столкновения с рамой, но издавала сильный шум. В поисках решения он вспомнил о предложении компании igus, с которым познакомился на торговой выставке: услуга 3D-печати, она позволяет экономично изготавливать отдельные компоненты на 3D-принтере.
 

Работа полимерного зубчатого колеса из материала iglidur I3, изготовленного на 3D-принтере

Проблема

Стандартная металлическая звездочка при работе издавала очень громкие звуки. Звездочка была направляющей для цепи, поэтому она не касалась рамы. Тем не менее, в результате трения при движении велосипеда с электродвигателем был слышен громкий звук, как у трактора. Соответственно, Ларс Хартманн попытался применить материал, который имел бы те же ходовые качества, что и металлическая звездочка, но не издавал бы столь громких звуков. От материала также требовались хорошие свойства скольжения, он должен быть долговечным, а также в высокой степени износостойким при взаимодействии с металлом.

Решение

В ходе выполнения заказа в интересах компании VMA Getzmann GmbH, производителя систем перемешивания, диспергирования и тонкого измельчения, он провел испытание компонентов машинного оборудования, изготовленных в компании igus по технологии 3D-печати. Результаты оказались настолько впечатляющими, что Ларс Хартманн рассматривал применение полимерных компонентов из 3D-принтера для замены деталей своего велосипеда с электродвигателем. Это оказалось идеальным решением для поклонника велоспорта: «Стандартная металлическая шестерня издает значительный шум при работе. Мы сделали ее чертеж и разместили заказ на изготовление в сервисе 3D-печати из материала iglidur I3 в компании igus. Быстро и без проблем мы получили готовую деталь. Мы воспользовались услугами сервиса 3D-печати для загрузки соответствующих данных, выбора материала и заказа изделий в нужном количестве». Цепная звездочка эксплуатировалась на двух велосипедах в течение нескольких месяцев – и, по словам Хартманна, уровень шума значительно снизился.

Оптимальные коэффициенты износа и прочности

Применяемый здесь полимер iglidur I3, конечно, также подходит для промышленного применения и серийного производства изделий. Он особенно интересен благодаря низкому коэффициенту износа и высокой прочности, он также подходит для процесса селективного лазерного спекания (SLS).

Кроме того, компания igus разработала материал iglidur I6 для особо высоких требований в плане износостойкости и длительности срока службы. По результатам испытаний аналоги из данного высококачественного полимера превосходят по качеству зубчатые колеса из обычных материалов, таких, как POM и PBT. Проведено испытания колеса червячной передачи с крутящим моментов 5 Нм и скоростью вращения 12 об/мин. Зубчатая передача, изготовленная из материала для лазерного спекания iglidur I6 , продемонстрировала незначительный износ после миллиона циклов, когда испытание было завершено, она все еще оставалась полностью работоспособной. Данный результат в значительной степени превзошел показатели при испытании механически обработанных шестерен - шестерни из POM были полностью изношены после 621 000 циклов, в то время как фрезерованные шестерни из PBT вышли из строя всего после 155 000 циклов. В ходе испытаний проверена на прочность также шестерня из материала для лазерного спекания PA12. Высокий коэффициент трения стал причиной остановки испытаний после 521 цикла.

Слева: шестерня из ПОМ, выход из строя после 621000 циклов
Справа: шестерня iglidur® I6, низкий износ после 1 млн. циклов

Простота выполнения конфигурации

В то же время конструкторы получают преимущество, обращаясь к конфигуратору зубчатых колес igus, который позволяет выполнить конфигурацию шестерней или цепных звездочек даже в нестандартных размерах. В определенной небольшой последовательности пользователю требуется только ввести параметры шестерни (модуль зуба, количество зубьев, ширина и внутренний диаметр и т.д.). Программа автоматически создает 3D-модель, которую можно экспортировать как файл STEP. Загрузив файл на сервер сервиса 3D-печати igus, можно сразу же заказать изготовление зубчатого колеса из особо прочного материала для лазерного спекания iglidur i6 в соответствии с конфигурацией. Одним щелчком мыши пользователь может отправить заказ на изготовление выбранного зубчатого колеса (нет требования минимального объема заказа) или запросить расценки. В течение всего трех дней изготовленный по индивидуальному заказу компонент будет готов к отправке пользователю.

 

Простое конфигурирование моделей с использованием программы-конфигуратора зубчатых колес от компании igus