Точно выполненная и стабильно работающая зубчатая передача как результат 3D-печати - недорогие компоненты для астрофотосъемки

• Что понадобилось: редуктор, который обеспечивает поворот с камерой и объективом на 360 ° в течение 24 часов
• Способ изготовления: экструзия волокон (FDM)
• Требования: экономичный привод, разнообразие и точная регулировка скоростных режимов, высокая прочность устройства
• Материал: iglidur I150
• Отрасль: астрофотосъемка
• Успех сотрудничества: высокая точность изготовления, прочность и устойчивость к истиранию изделия, уменьшения трения благодаря использованию упорных шайб

Механизм с редуктором и выносным пультом управления должен обеспечивать стабильное вращение зеркальной камеры и телескопа.

Краткий обзор варианта применения:
В астрофотографии при съемке различных небесных тел необходима длительная экспозиция, а сделанные снимки сохраняются на соответствующем носителе. Любой, кто когда-либо менял выдержку на мобильном телефоне или цифровом фотоаппарате, знает, что фотографии, сделанные с большой выдержкой, могут оказаться размытыми при минимальном изменении положения камеры. Земля вращается вокруг своей оси, и это вращение становится проблемой для астрофотосъемки с большой выдержкой. Г-н ван Хов из компании vhw Digitalart разработал устройство, которое компенсирует вращение Земли для получения четких снимков небесных тел. Требования к редуктору из полимерных материалов предъявлялись следующие: поворот на 360 градусов ровно за 24 часа, достаточная грузоподъемность для удержания камеры с объективами, а также высокая прочность отдельных компонентов и устойчивость к истиранию. Редуктор должен поддерживать смену скоростных режимов в зависимости от параметров движения отслеживаемого небесного тела. Редуктор и все кронштейны для привода и электроники были изготовлены на 3D-принтере из трибоволокна iglidur i150. Помимо невысокой стоимости изготовления компонентов на 3D-принтере абразивная стойкость высококачественных полимеров компании igus и возможность их применения в системах вращения сыграли ключевую роль в выборе материала и производственного процесса.
 

Пример разницы отображения объектов на фотографии в случае компенсации вращения Земли.

Проблема

Вращение Земли необходимо компенсировать для длительной выдержки продолжительностью в несколько часов. Устройство, отвечающее за корректное отображение небесного тела на фотографии, не движется, если смотреть с ракурса установленной камеры, однако, оно вынуждено перемещать камеру вместе с объективом или телескопом так, чтобы обеспечить стабильность изображения. Вращение должно быть аккуратным и плавным. Контролер и внешняя панель управления также призваны задавать различные параметры скорости вращения, ведь продолжительность слежения различна для каждого объекта.
 

Решение

Г-н ван Хов подобрал соответствующие материалы для реализации найденного им решения в тесном сотрудничестве со специалистами igus. RL-D-20 поворотный подшипник с редуктором с передаточным соотношением 1:38 способен обеспечить надлежащую грузоподъемность и точность перемещения. Высокая прочность и стойкость к истиранию шестерен и кронштейнов, изготовленных на 3D-принтере, достигается благодаря применению волокна с улучшенными трибологическими свойствами iglidur i150. Данный материал находит особенно удачное применение в системах с низкой скоростью скольжения. Передаточное отношение редуктора 1:243. Трение шестерен, изготовленных на 3D-принтере, незначительное, а постоянство вращения достигается за счет использования в конструкции двух упорных шайб между компонентами системы. Г-н ван Хов говорит, что сотрудничество, «как всегда, очень хорошее».
 

Как работает астрофотосъемка?

При астрофотосъемке небесные тела, туманности и другие объекты в ночном небе отображаются в видимом свете и сохраняются на различных носителях. Камера ориентирована на географический Северный полюс параллельно оси Земли. Наклон камеры соответствует широте места установки. Время экспозиции таких фотографий составляет несколько часов, поэтому положение камеры требуется адаптировать к суточному вращению Земли. В противном случае вместо фактических форм объектов будут видны только линии. Соответствующее устройство, трекер, компенсирует вращение Земли, если скорость вращения в точности соответствует одному обороту в сутки. Также параметры скорости вращения могут различаться в зависимости от отслеживаемого объекта. Для звезд один оборот занимает 23 часа 56 минут 4 секунды. Для Луны один оборот соответствует по времени 24 часам 52 минутам и 28 секундам, в то время как для Солнца это будет ровно 24 часа.
 

Внизу: шестерни редуктора.

При высокой полезной нагрузке обеспечивается высокая точность работы оборудования

Устройство должно быть способно выдерживать полный вес камеры и объектива или телескопа при повороте на 360 градусов в течение 24 часов. В зависимости от размера, модели и оснащения вес может достигать 4 кг. Высокую точность вращения обеспечивает опорный подшипник и передаточное отношение редуктора 1:38. Срок службы механических элементов не менее 1 000 000 циклов, в этом также залог длительного срока службы системы в целом. Изготовленный на 3D-принтере редуктор с передаточным отношением 1:243 способствует прочности конструкции и длительному сроку службы, ведь здесь имеются упорные шайбы и стойкий к истиранию полимер I150.
 

Шестерни и кронштейны для двигателя и электроники изготовлены из трибоволокна iglidur I150.

iglidur I150 - трибоволокно со множеством полезных характеристик

Волокно с улучшенными свойствами скольжения iglidur I150 легко обрабатывается и подходит для всех типов 3D-принтеров и процесса FDM. В дополнение к высокой стойкости к истиранию при низких скоростях скольжения и хорошим механическим свойствам высокоэффективного полимера iglidur I150 материал также имеет допуск для контакта с пищевыми продуктами в соответствии с Регламентом ЕС 10/2011. Интегрированные твердые смазки исключают необходимость технического обслуживания изделия в процессе эксплуатации, а для большинства вариантов применения преимуществом является прочность и адгезия слоев.
 

Детально: шестерни из iglidur I150 и упорные шайбы между ними.