3D-Druck Zahnräder sorgen mit verbesserten Toleranzen für schwebende Objekte im Schaufenster

• Was wurde benötigt: Zahnräder mit genauen Toleranzen
• Herstellungsverfahren: selektives Lasersintern (SLS)
• Anforderungen: Wartungsfreiheit, geringe Geräuschbildung, reibungsloses Laufen
• Material: iglidur I3
• Branche: Möbel Design
• Erfolg durch die Zusammenarbeit: wartungsfreie Komponenten, vibrationsfreie und geräuscharme Drehung der Objekte, die Illusion kann aufrechterhalten werden

 

Die Verbesserung der Toleranzen von 0,2 mm auf 0,1 mm dank der Druckgenauigkeit bei igus sorgt für einen geräuscharmen und reibungslosen Betrieb.

Die Anwendung auf einen Blick:
Das belgische Unternehmen Levita hat es sich zur Aufgabe gemacht, hochwertige Produkte wie Armbanduhren, Handys, Brillen oder Schmuck auf eine besondere Art und Weise zu präsentieren. Dafür hat es eine Vitrine konzipiert, die die mittelgroßen Objekte durch zwei linearen Bewegungen und einer Rotation „schweben“ lässt und diese gleichzeitig um 360° um die eigene Achse dreht. Für die linearen Bewegungen und die vibrationsfreie Rotation des Mechanismus mussten allerdings gleitoptimierte Bauteile her, um die Illusion von schwebenden Objekten zu erzeugen.

Die Illusion des schwebenden Objekts kann mit zwei linearen Bewegungen und einer Rotation erzeugt werden.

Problem

Für diese einzigartige Art der Produktpräsentation benötigte das Unternehmen einen zuverlässigen Mechanismus. Eins der größten Probleme, war es, den Haftgleiteffekt zu umgehen. Weitere Anforderungen an den Mechanismus waren wartungsfreie Komponenten und dessen geräuscharme Funktion. Die anfänglich eingesetzten 3D-gedruckten Zahnräder hatten keine ausreichenden Toleranzen und sorgten deswegen für starke Vibrationen.
 

Lösung

Mit verschiedenen Produkten von igus konnte ein reibungsloser Mechanismus für den Schaukasten entworfen und produziert werden, der sowohl geräuscharm ist als auch die anfänglichen Vibrationen beseitigen konnte. Auch der Stick-Slip-Effekt konnte eliminiert werden. Für das Rotationssystem setzte Levita den iglidur® Drehkranz PRT-01 und 3D-gedruckte Zahnräder aus dem tribologisch optimierten Kunststoff iglidur I3 ein. Dank der verbesserten Toleranzen (0,1 mm statt 0,2 mm) und der Genauigkeit des SLS-Drucks konnten die Vibrationen drastisch reduziert werden. Damit bleibt der optische Trick des langsam schwebenden Objekts erhalten. Neben den guten mechanischen Effekten der igus Bauteile kommen die integrierten Festschmierstoffe in den Kunststoffteilen zum Tragen, denn diese ermöglichen eine wartungsfreie Funktion ohne Stick-Slip-Effekte.

Selektives Lasersintern bei igus – Umsetzung von filigranen Bauteilen

Neben dem Strangablageverfahren (FDM) bietet der 3D-Druck-Service von igus das selektive Lasersintern als Herstellungsverfahren von additiv gefertigten Bauteilen an. Beim SLS-Verfahren heizt ein Laser punktuell die Stellen in einem Pulverbett auf, die sich zu einem vorher konstruierten, dreidimensionalen Objekt verschmelzen. Eine Rakel verteilt das Pulver nach jeder geschmolzenen Schicht neu. Dieser Prozess verläuft werkzeuglos und das schlägt sich sowohl im Preis als auch in der Herstellungsgeschwindigkeit nieder. Bauteile, die im SLS-Verfahren gefertigt wurden, weisen eine hohe Maßhaltigkeit auf, sowie eine hohe Festigkeit und einen guten Schichtverbund. Für „The Box“ von Levita war insbesondere die Detailgenauigkeit des Drucks von großer Bedeutung – ohne sie wäre die Änderung der Toleranz von 0,2 mm auf 0,1 mm nicht möglich gewesen.

Beispiel-Zahnrad 3D-gedruckt aus iglidur I3.

iglidur I3, iglidur I6, iglidur I8-ESD – 3D-Druck Kunststoff-Zahnräder aller Art bei igus

Die SLS-Materialien aus Hochleistungspolymeren sorgen für eine bis zu 5 Mal höhere Lebensdauer von Zahnrädern als gefräste Zahnräder aus regulären Kunststoffen. Dank des igus Testlabors können diese Werte durch realistische Versuche immer wieder bestätigt werden. Auch haben sich durch die Testergebnisse unterschiedliche Einsatzbereiche für die Werkstoffe iglidur I3, iglidur I6 und iglidur I8-ESD herauskristallisiert. So eignet sich iglidur I3 insbesondere für Stirnräder und Kegelräder, da es eine höhere Festigkeit hat. Die detailgenaue Verarbeitung und exakten Oberflächen sprechen auch für einen Einsatz bei allen anderen Zahnradformen. Neben iglidur I3 glänzt auch iglidur I6 mit seiner optimierten Gleitfähigkeit und wird insbesondere für Schneckengetriebe empfohlen, sowie bei Anwendungen, bei denen lebensmittelkonforme Bauteile unabdingbar sind. iglidur I8-ESD wird eingesetzt, wenn  Zahnräder mit ESD Eigenschaften benötigt werden. Diese finden beispielsweise Anwendung in ATEX Maschinen. Zusätzlich zu den unterschiedlichen Einsatzgebieten liefern die Testergebnisse aus dem igus Labor die Grundlage für einen online Lebensdauerrechner für Zahnräder. Basierend auf den empirisch erhobenen Daten können Kundinnen und Kunden die genaue Lebensdauer anhand ihrer spezifischen Parameter für ihre Zahnradanwendung einfach online berechnen.
 

Zahnrad-Versuch aus dem Testlabor: schwenkend 1440°: 64rpm, M = 2.25Nm, z = 30, m = 1, b = 6mm | Y-Achse: Zyklen bis Bruch | X-Achse: Materialien im Test 1. iglidur I3 (gedruckt) 2. iglidur I8-ESD (gedruckt) 3. POM (gefräst) 4. iglidur I6 (gedruckt) 5. iglidur I190 (gedruckt) 6. PLA (gedruckt) 7. PETG (gedruckt) 8. SLA