Совершенствование технологии, снижение затрат - технология 3D-печати и print2mold для снижения затрат на единицу продукции и увеличения срока службы подшипников скольжения

• Что требовалось: подшипники скольжения особой геометрии
• Метод изготовления: селективное лазерное спекание и print2mold
• Требования: хорошие свойства скольжения с алюминием в качестве ответной части, высокая стойкость к истиранию на высоких скоростях, сложная геометрия
• Материал: iglidur i3 (лазерное спекание) и iglidur J2 (p2m)
• Отрасль: заводы по сортировке отходов
• Успех сотрудничества: длительный срок службы при большой нагрузке, значительное снижение удельных затрат, широкие возможности для конструирования

 
Краткий обзор области применения:
Финская компания ZenRobotics производит промышленные установки по разделению отходов под управлением искусственного интеллекта, которые обеспечивают автоматическое, высококачественное, быстрое и безопасное разделение отходов на профильных предприятиях по всему миру. С учетом требований экологической безопасности установки эксплуатируются в жестких условиях - пыль, а также неожиданные находки среди отходов - обычное дело. Несмотря на тяжелые условия эксплуатации установки призваны обеспечить быструю и надежную сортировку отходов. Для новой установки FastPicker потребовались подшипники скольжения, которые могли бы выдерживать существенные крутильные усилия, возникающие при осевом ускорении. Конструкторы приняли решение установить изготовленные на 3D-принтере подшипники скольжения на оси из алюминия с рифленым профилем для предотвращения вращения. Подшипники скольжения способны выдерживать перемещение с линейной скоростью 3 м/с с радиальными и осевыми ускорениями. С учетом широких возможностей разработки конструкции при использовании 3D-печати удалось адаптировать геометрию подшипников скольжения с учетом характеристик рифленого профиля алюминиевой оси. На следующем этапе формы для литья под давлением были изготовлены аддитивно с использованием так называемой технологии быстрой оснастки, при этом конструкторы использовали большое разнообразие материалов, доступных для литья под давлением.
 

Система FastPicker в работе. Система разделения отходов функционирует автоматически под управлением искусственного интеллекта.

Проблема

Во время фазы испытаний новой системы разделения отходов FastPicker финской компанией ZenRobotics быстро выяснилось, что классические подшипники скольжения не могут противостоять усилиям скручивания во время осевого ускорения, если центр тяжести смещен от центра подвижной оси. Изначально предполагалось, что вращающее усилие будет нейтрализовано стопорными элементами. Однако, от высокой нагрузки узел быстро вышел из строя. Помимо стопорных элементов изначально были установлены стандартные подшипники скольжения из линейки продукции igus, которые, казалось, могли противостоять нагрузкам радиального и осевого ускорения.
 

Решение

В конечном итоге были выбраны подшипники скольжения igus особой геометрии. Сначала их изготовили из высококачественного полимера iglidur I3 по технологии лазерного спекания для последующей установки на рифленую алюминиевую ось для остановки вращения. Позднее компания перешла к технологии Rapid Tooling, чтобы иметь возможность выбора из широкого ассортимента материалов для процесса литья под давлением. Процессы Rapid Tooling или print2mold, кроме прочего, способны снизить затраты до 80%. Для изготовления формы для литья под давлением может понадобиться всего несколько дней, и она сразу готова к применению. Широкие возможности для конструирования, которые предлагает технология 3D-печати, делают ее идеальной для выбора среди вариантов изготовления подшипников скольжения особой геометрии.

О прототипах и малых объемах

У технологий 3D-печати и print2mold есть одна общая черта: рентабельность изготовления малых партий изделий. Производство компонентов в обработанных на станках формах для литья под давлением экономически выгодно только для партий изделий свыше 10 000 единиц. Особенно 3D-печать доказывает рентабельность ее применения на стадии тестирования систем и компонентов благодаря высокой оперативности изготовления деталей и моментальной готовности к применению изготовленных компонентов. В зависимости от типа изделия оно готово к отгрузке заказчику в течение 1-3 дней, заказ на его изготовление можно разместить в режиме онлайн в сервисе 3D-печати. Компания ZenRobotics для алюминиевых осей с рифленым профилем для изготовления первого прототипа подшипника скольжения также воспользовалась сервисом 3D-печати. Затем в компании решили применить технологию print2mold, при этом пресс-форма также изготовлена на 3D-принтере. Решающими факторами стали большой выбор и разнообразие материалов, а также низкие затраты на единицу изделий в процессе литья под давлением. В итоге подшипники скольжения изготовлены из полимера iglidur J2. В этом случае стоимость изготовленного по технологии print2mold компонента составила лишь десятую часть стоимости его изготовления по технологии лазерного спекания (прибл. 49 € / штука) прибл. 5 евро за штуку, а от партии 100 штук и выше окупается стоимость изготовления форм. Прочный полимер обладает хорошими механическими свойствами, экономичен и устойчив к воздействию агрессивных сред. Кроме того, интегрированные твердые смазки исключают необходимость дополнительной смазки подшипников скольжения в процессе эксплуатации.

Вращение алюминиевой оси с рифленым профилем блокируется благодаря геометрии подшипников скольжения.

Rapid Tooling - print2mold от компании igus

Когда сроки выполнения работ имеют решающее значение, 3D-печать - вот решение для изготовления пресс-формы для литья под давлением. В зависимости от геометрии процесс печати займет около 12-24 часов, после чего форма сразу готова к использованию. Технология производства print2mold, известная как Rapid Tooling, позволяет недорого изготовить прототипы сложной формы и малые партии изделий. Рентабельность возрастает при объеме партии до 10 000 штук (без требования минимального количества при заказе) в сравнении с использованием пресс-формы после механической обработки. Доступно изготовление износостойких компонентов при снижении затрат до 80%. Качество компонентов, изготовленных методом литья под давлением print2mold, ничем не отличается от аналогов при обычном процессе литья под давлением. Процессы разработки новых элементов можно значительно ускорить благодаря технологии print2mold, сохранив при этом широкий ассортимент доступных для обычного метода литься под давлением материалов.
 

Процесс от конструирования формы до финишного инжекторного формования по технологии print2mold.