Sokat segít a csapágytervezésben a 3D nyomtatás

A fejlett gyáripar számos olyan technológiával büszkélkedhet, melyek lehetővé teszik a 3D-gyártást. A polimer 3D nyomtatásban öt általános eljárás létezik – sztereolitográfia, olvasztott lerakódás-modellezés, szelektív lézeres szinterelés, multi-jet fúzió, valamint anyag-sugárzás. Ezen folyamatok mindegyike hatással van az anyagok mikrostruktúrájára, beleértve a szemcsék vagy kristályok méretét, alakját és elrendezését.

A 3D polimer nyomtatási folyamatok során számos kihívással és lehetőséggel állnak szembe a gyártók. A csapágytervezés fejlesztési és gyártási lehetőségei, amelyeket a 3D polimer nyomtatási folyamatok lehetővé tesznek, a következők.

Tervezési rugalmasság kis és közepes elemekhez

A 3D nyomtatás lehetővé teszi a csapágygyártók számára a tervezési rugalmasságot a testreszabott elemekkel és a fokozott teljesítménnyel. Mivel a folyamat viszonylag egyszerű és nem igényel drága szerszámokat, a gyártók és mérnökök olyan modellekkel tudnak kísérletezni, amelyek a hagyományos csapágygyártási módszerek alkalmazásával nem lettek volna életképesek.

A csapágygyártók egyre többféle anyagot használhatnak a 3D nyomtatás során. Az oxfordshire-i székhelyű Bowman International csapágygyártó multi-jet fúzió technológia segítségével és PA11 nylon felhasználásával gyártott egyedi „görgős” rögzítőt. A reteszelő szerkezet további két-négy görgő számára biztosít még helyet, lehetővé téve a terhelhetőség 70 százalékos növekedését, valamint a nagyobb rugalmasságot, tartósságot és funkcionalitást.

A fejlesztések előtt álló egyik akadály eddig a minimális rendelési mennyiség volt. A 3D nyomtatás segítségével ezt a kihívást is leküzdik a gyártók, ugyanis a gyártók már költséghatékony, alacsony volumenű gyártási szolgáltatást tudnak nyújtani – akár tíz csapágyas egységig is. A 3D-ben nyomtatott formák időt és pénzt takarítanak meg a költséges fém formákhoz képest.

A technológia agilisabb gyártási megközelítést is biztosít azáltal, hogy a tervezőmérnökök kipróbálhatják a formaterveket és könnyen módosíthatják azokat anélkül, hogy hatalmas gyártási költségeket és beállítási díjakat halmoznának fel. Míg a 3D nyomtatott csapágyak tömeggyártása még nem bevált szokás, a polimer 3D nyomtatás lehetővé teszi a gyors prototípus-készítést, nagymértékben hozzájárulva a csapágygyártás fejlesztéséhez.

Könnyű súlyú kivitelezés

Az alacsony terhelésű, kis fordulatszámú alkalmazásokhoz a műanyag csapágyak optimális teljesítményjellemzőkkel bírnak és mintegy ötször könnyebbek, mint acél társaik. Ez csökkenti a működéshez szükséges kezdeti súlyt és energiát. Az olyan iparágakban, mint a repülőgépipar, az autóipar vagy az orvostechnika, a könnyű kialakítás jobb biztonsági teljesítményt és jelentős költségmegtakarítást érhet el.

A 3D polimer nyomtatási folyamatok alkalmazásával még könnyebb alkatrészeket lehet tervezni, méhsejtszerű szerkezetek felhasználásával – ez nehéz és időigényes lenne a hagyományos megmunkálási folyamatokkal. A 3D nyomtatott nagy teljesítményű, hőre lágyuló műanyagok, például a szénszálas és poliéter-éter-keton, pedig a fém alternatívájaként szolgálnak.

A csapágy teljes súlyát csökkentheti a 3D nyomtatott rögzítő, mely nylonból (PA66) vagy más polimer anyagból készült. A szénszálakkal ötvözött nylon az egyik legnépszerűbb kombináció a nylon nyomtatott anyagok számára. Számos ugyanolyan előnnyel jár, mint a hagyományos nylon, beleértve a nagy szilárdságot és a merevséget, de lényegesen könnyebb alkatrészeket biztosít. Emellett a 3D nyomtatású polimer rács szintén csökkentheti a gördülő elemek kopását a hagyományos acél ketrechez képest.

Szigorú szabványok a szektorban

A súrlódás nem az egyetlen teljesítményjellemző, mely megkérdőjeleződik a 3D nyomtatás során. 2018-ban az Additive Manufacturing Standardization Collaborative (AMSC) közzétette az adalékanyagok gyártásának szabványosítási ütemtervének legújabb változatát. A kockázatok csökkentésére és ellenőrzésére vonatkozó szabványok elfogadása, valamint az egyenletesebb minőség biztosítása fontos lépések a 3D polimer nyomtatás jövője szempontjából.

Ez kiemelkedő jelentőségű az olyan biztonság szempontjából kritikus alkatrészeknél, mint például a csapágyak. Ahogy a hagyományosan gyártott alkatrészeknél, úgy a 3D nyomtatott műanyag csapágyak esetében is ugyanolyan szigorú vizsgálati eljárásokat kell elvégezni.

A jó hír az, hogy nem kell választani a hagyományos vagy 3D technológia között – a polimer 3D nyomtatás kiegészíthető a hagyományos csapágygyártási technikákkal, gyors prototípus-készítést és fokozott teljesítményjellemzőket kínálva. Így a gyártási technológia potenciálisan versenyezhet a fémekkel történő termeléssel is – olvasható a manufacturingtomorrow.com oldalon.