Tech up, Cost down - Giảm chi phí trên từng linh kiện, tăng tuổi thọ bạc trượt nhờ in 3D và ép phun

• Yêu cầu: bạc trượt có hình dạng đặc biệt
• Quy trình sản xuất: thiêu kết laser chọn lọc (Selective Laser Sintering - SLS) và ép phun
• Yêu cầu kỹ thuật: đặc tính trượt tốt khi làm việc với nhôm, khả năng chống mài mòn cao ở tốc độ lớn, hình dạng hình học phức tạp
• Vật liệu: iglidur i3 (thiêu kết laser) và iglidur J2
• Lĩnh vực: hệ thống phân loại rác thải
• Ưu điểm sau khi sử dụng: tuổi thọ dài ngay cả dưới tải trọng cao, giảm đáng kể chi phí trên mỗi sản phẩm, mức độ tự do thiết kế cao

Tổng quan ứng dụng:
Công ty ZenRobotics của Phần Lan chuyên sản xuất các hệ thống phân loại rác công nghiệp được điều khiển bằng AI, giúp thực hiện việc phân loại rác tự động với chất lượng cao, tốc độ nhanh và độ an toàn cao trên toàn thế giới. Tùy thuộc vào môi trường vận hành, điều kiện làm việc của các hệ thống này thường rất khắc nghiệt - bụi bẩn và nhiều yếu tố khó lường khác trong rác thải là những thách thức xuất hiện hàng ngày. Dù vậy, hệ thống vẫn phải đảm bảo khả năng phân loại rác nhanh chóng và đáng tin cậy. Đối với hệ thống "FastPicker" mới, ZenRobotics cần các vòng bi trượt có khả năng chịu được mô-men xoắn lớn phát sinh trong quá trình tăng tốc theo phương dọc trục. Các kỹ sư đã lựa chọn vòng bi trượt in 3D được lắp trên các trục nhôm có biên dạng rãnh nhằm ngăn hiện tượng xoay trượt. Các vòng bi này có thể hoạt động ở tốc độ tuyến tính lên tới 3 m/s đồng thời chịu được cả gia tốc hướng kính và gia tốc dọc trục.Nhờ mức độ tự do thiết kế cao của công nghệ in 3D, hình dạng của vòng bi trượt có thể được tối ưu để phù hợp với biên dạng rãnh của trục nhôm. Ở giai đoạn tiếp theo, một khuôn ép phun đã được chế tạo nhằm tận dụng sự đa dạng vật liệu mà công nghệ ép phun mang lại.

Trong giai đoạn thử nghiệm hệ thống phân loại rác “FastPicker” mới của ZenRobotics tại Phần Lan, nhanh chóng cho thấy rằng các bạc lót tiêu chuẩn không thể chịu được mô-men xoắn phát sinh trong quá trình tăng tốc dọc trục khi trọng tâm không nằm tại trung tâm của trục chuyển động. Ban đầu, hiện tượng xoay được hạn chế bằng các phần tử chặn. Tuy nhiên, các chi tiết này nhanh chóng bị hỏng do tải trọng lớn. Ngoài các phần tử chặn, các linh kiện tiêu chuẩn từ danh mục sản phẩm igus cũng được sử dụng ban đầu để chịu gia tốc hướng kính và gia tốc dọc trục.

Cuối cùng, các bạc trượt igus với hình dạng hình học đặc biệt đã được sử dụng. Ban đầu, chúng được chế tạo bằng công nghệ thiêu kết laser từ nhựa hiệu suất cao iglidur i3. Nhờ đó, linh kiện có thể lắp khớp với trục nhôm có biên dạng rãnh và ngăn hiện tượng xoay. Sau đó, khuôn ép phun được chế tạo dựa trên hình dạng đặc biệt này để có thể tận dụng sự đa dạng vật liệu của công nghệ ép phun. Kết quả là chi phí được giảm tới 80%.

In 3D và ép phun thường khác nhau về hiệu quả kinh tế: in 3D thường mang lại hiệu quả từ số lượng nhỏ. Trong khi đó, việc sản xuất linh kiện bằng khuôn ép phun gia công chỉ thực sự tối ưu từ số lượng trên 10.000 chi tiết. Đặc biệt trong giai đoạn thử nghiệm ứng dụng, in 3D nổi bật nhờ tốc độ sản xuất cao và khả năng sẵn sàng sử dụng ngay lập tức. Tùy theo thiết kế, các chi tiết có thể sẵn sàng giao hàng chỉ trong vòng từ 1 đến 3 ngày và dễ dàng được đặt hàng thông qua dịch vụ in 3D trực tuyến.Đối với nguyên mẫu của mình, ZenRobotics cũng sử dụng các vòng bi trượt in 3D cho trục nhôm có rãnh. Sau đó, công ty quyết định sản xuất các chi tiết với số lượng lớn hơn bằng công nghệ ép phun. Các yếu tố quyết định là sự đa dạng vật liệu và chi phí trên mỗi sản phẩm thấp của công nghệ ép phun. Các bạc trượt hoàn thiện cuối cùng được sản xuất từ vật liệu iglidur J2. Với chi phí khoảng 5 €/chi tiết, linh kiện ép phun chỉ tốn khoảng 1/10 so với chi tiết SLS (khoảng 49 €/chi tiết) và chi phí khuôn được hoàn vốn chỉ sau 100 sản phẩm. Loại nhựa hiệu suất cao này có các đặc tính cơ học tốt, chi phí tối ưu và khả năng kháng môi trường vượt trội. Ngoài ra, các chất bôi trơn rắn tích hợp sẵn giúp loại bỏ hoàn toàn nhu cầu bôi trơn bổ sung cho bạc trượt.