Các bộ phận đồng hồ chống mài mòn từ máy in 3D

• Những gì cần thiết: Linh kiện cho một chiếc đồng hồ cơ
• Quy trình sản xuất: Đùn sợi (FDM)
• Yêu cầu: Khả năng chống mài mòn cao, đặc tính cơ học tốt, độ chính xác chi tiết
• Vật liệu: iglidur i150
• Ngành: Làm mô hình
• Thành công thông qua hợp tác: khả năng chống mài mòn được cải thiện, tuổi thọ của các bộ phận cao hơn đáng kể, bộ thoát chạy đều đặn hơn và do đó là toàn bộ chuyển động

Tổng quan về ứng dụng:
Là một phần của dự án Jugend Forscht, Kai Schmidt-Brauns đã chế tạo một bộ máy hoàn toàn có thể in 3D và so sánh đường cong cấu hình được tính toán toán học của bộ thoát của một bộ máy cơ học với đường cong cấu hình được xác định theo kinh nghiệm. Để kiểm tra các đường cong cấu hình tương ứng, anh ấy đã in một bộ máy cơ học dựa trên mô hình toán học của mình. Ngoài các thử nghiệm với các thành phần làm bằng PLA thông thường, sinh viên đến từ Wolfsburg đã thử nghiệm các đường cong cấu hình khác nhau với các thành phần làm bằng sợi tribofilament iglidur i150. Điều này đã xác nhận hiệu suất tốt hơn của bộ thoát với vật liệu igus. Nhờ sợi được tối ưu hóa về mặt tribology, các thành phần tiếp xúc với tải trọng cơ học đặc biệt cao có thể đạt được tuổi thọ dài hơn đáng kể và chạy đều đặn hơn so với các bộ phận làm từ PLA thông thường.

Để chuyển động cơ học chạy chính xác, hình dạng của tất cả các thành phần của cơ chế phải được xác định chính xác và ma sát giữa các bộ phận chuyển động phải được giảm thiểu. Mục tiêu của dự án Kai Schmidt-Brauns là thiết kế cơ chế thoát cho chuyển động có thể in 3D và sau đó xác định hình dạng của nó bằng mô hình toán học. Mặc dù mô hình toán học tạo ra chuyển động đều đặn hơn, nhưng câu hỏi đặt ra là có cách nào khác để làm cho chuyển động chính xác hơn nữa không. Trong các thử nghiệm với các thành phần in 3D được làm từ PLA thông thường, các bộ phận chịu tải nặng, chẳng hạn như bánh cóc (bao gồm bánh xe bánh cóc và vòng bánh cóc) trong cơ chế lên dây cót, không có tuổi thọ sử dụng đặc biệt cao.

Sau các thử nghiệm với chuyển động làm bằng PLA thông thường, Kai Schmidt-Brauns đã thay thế các thành phần quan trọng bằng các mẫu được in từ igus tribofilament iglidur i150. So sánh cho thấy ma sát trượt và ma sát tĩnh giữa các thành phần làm bằng iglidur i150 đã giảm đáng kể. Ngoài ra, nhờ khả năng chống mài mòn cao của vật liệu igus, tuổi thọ của bánh cóc đã được tăng lên và bộ thoát chạy đều đặn hơn.

Jugend Forscht là cuộc thi tài năng trẻ của Đức dành cho học sinh từ lớp 4 đến 21 tuổi. Người tham gia có thể giải quyết và nộp bài toán theo lựa chọn của riêng mình trong các lĩnh vực toán học, khoa học máy tính và khoa học tự nhiên. Trong khuôn khổ cuộc thi này, Kai Schmidt-Brauns đến từ Wolfsburg đã tạo ra một mô hình toán học đầu tiên để xác định hình dạng chính xác của các thành phần của cơ chế thoát có thể in 3D. Cụ thể, điều này liên quan đến đường cong hình dạng của bánh xe hình dạng, mà anh có thể tính toán từ các thông số được xác định rõ ràng. Bộ thoát của đồng hồ là bộ phận quyết định độ chính xác của đồng hồ. Cơ chế thoát "ức chế" bộ truyền động bánh răng theo các khoảng thời gian đều đặn, ví dụ như với sự trợ giúp của một mỏ neo, và đảm bảo rằng một phút trong đồng hồ tương ứng với một phút và đôi khi không mất 61 và đôi khi là 55 giây. Trong bước tiếp theo của dự án, Kai Schmidt-Brauns đã so sánh đường cong hình dạng được tính toán với đường cong hình dạng được xác định theo kinh nghiệm. Anh thấy rằng chuyển động với đường cong hình dạng được tính toán có tốc độ đều đặn hơn so với đường cong hình dạng được xác định theo kinh nghiệm.

Ngoài việc so sánh công thức toán học và đường cong cấu hình xác định theo kinh nghiệm, Kai Schmidt-Brauns đã thử nghiệm các bộ thoát với các vật liệu khác nhau. Sự lựa chọn rơi vào tribofilament iglidur i150. Với nhiệt độ nền là 40 °C, tốc độ in 30 mm/giây ở độ cao lớp là 0,1 mm và nhiệt độ máy đùn là 250 °C, sinh viên đã đạt được kết quả tốt nhất với sợi nhựa từ igus. So với PLA thông thường, anh cũng có thể xác định chuyển động đều đặn hơn đáng kể của bộ thoát trong quá trình chạy thử. Ngoài các kết quả trong bộ thoát, sợi nhựa được tối ưu hóa về mặt tribology có thể cung cấp khả năng chống mài mòn cải thiện trong các thành phần chịu tải nặng. Vòng chốt của bánh cóc (xem hình), nằm trong cơ cấu lên dây cót của đồng hồ, phải được thay thế thường xuyên hơn đáng kể bằng PLA thông thường so với iglidur i150. Ngoài ra, ông còn có thể ghi nhận độ dẻo dai và linh hoạt cao hơn so với vật liệu làm từ PLA thông thường thông qua các thử nghiệm với lò xo xoắn được in từ iglidur i150.

Ngoài iglidur i150, igus còn cung cấp nhiều sợi in 3D được tối ưu hóa về mặt ma sát khác. Tất cả đều có điểm chung là được dùng cho các ứng dụng trượt do có khả năng chống mài mòn cao. iglidur i150 có thể được xử lý rất dễ dàng như sợi PLA và PETG. Trong thử nghiệm mài mòn từ phòng thí nghiệm thử nghiệm igus, các sợi tribofilaments của igus hoạt động tốt hơn tới 50 lần so với các loại nhựa thông thường như PLA và ABS (xem hình ảnh). Nó cũng tuân thủ thực phẩm theo Quy định EU 10/2011 và do đó phù hợp với các ứng dụng tương ứng trong ngành thực phẩm và đóng gói. Sợi in đa năng này đặc biệt phù hợp với người mới bắt đầu in nhờ dễ xử lý. Dịch vụ in 3D cũng có sẵn bất kỳ lúc nào với thời gian giao hàng từ 1-3 ngày nếu cần sự trợ giúp của các chuyên gia.