Delicate onderdelen voor perfecte harmonie – snel geprint en geleverd

• Wat was er nodig? Onderdelen voor de hamerkapsel van een piano
• Productieproces: Selectief lasersinteren met SLS-poeder
• Vereisten: Nauwkeurig passende, wrijvingsarme en slijtvaste onderdelen
• Materiaal: iglidur® i3
• Industrie: Muziekindustrie
• Succes door samenwerking: kosteneffectieve productie van functionele onderdelen op maat, verbeterde vocht- en weerbestendigheid, duurzaamheid

De toepassing in één oogopslag:
Bij de traditionele pianofabricage worden de meeste onderdelen van hout gemaakt. Om de gevoeligheid van hout voor veranderingen in vochtigheid of kamertemperatuur tegen te gaan, ontwikkelde Phoenix Piano's onder leiding van Richard Dain het D3D-hamersysteem. De hamerslag, die verantwoordelijk is voor het produceren van het geluid, bestaat in de herziene versie bijna uitsluitend uit koolstofvezel en kunststof. De tribologisch geoptimaliseerde hoogwaardige kunststof iglidur® i3 werd gebruikt voor de bewegende en vaste onderdelen van de hamerkapsel. De met laser gesinterde aanslaghamers maken een nauwkeurige reproductie van de originele componenten mogelijk, verbeteren de geluidskarakteristieken, verlengen de levensduur en verlagen de onderhoudskosten.

Hout als bouwmateriaal staat centraal in de eeuwenoude traditie van de pianobouw. Met name de hamerslag, waarmee de snaren in de piano worden aangeslagen, vereist een hoge mate van precisie en dus een hoge mate van onderhoud. De gevoeligheid van hout voor hoge vochtigheid en temperatuur was slechts een van de vele redenen waarom de dirigent van het Britse bedrijf Phoenix Piano's op zoek was naar een beter bestendig alternatief. Het alternatieve materiaal moest echter voldoen aan de bestaande eisen voor filigrane onderdelen die precies in het mechaniek passen en met weinig wrijving werken. Tegelijkertijd worden de onderdelen blootgesteld aan een hoge mate van slijtage als gevolg van een oneindig aantal toetsaanslagen.

Voor de hamercapsule, die bestaat uit een beweegbaar onderdeel en een onderdeel dat aan de piano is bevestigd, kon igus® een prototype produceren met behulp van een additief proces. In plaats van hout werd voor de onderdelen het voor glijden geoptimaliseerde iglidur® i3 gebruikt, een slijtvaste SLS-kunststof die voldoet aan de eisen van de pianoconstructie op het gebied van temperatuur of vochtigheid. Tegelijkertijd maakt 3D-printen een snelle productie van identieke onderdelen mogelijk. Regelmatig bijstellen om ongewenste bijtonen te voorkomen kan zo tot een minimum worden beperkt. De ivoorachtige kleur van iglidur® i3 rondt de functionele onderdelen af en suggereert op het eerste gezicht geen kunststof in de klassieke pianobouw.

Het mechanisme waarmee een pianist geluiden produceert op de piano is in principe heel eenvoudig. In de piano is één snaar per toets gespannen. Door op een toets te drukken, wordt een mechanisme in werking gezet waarbij een hamer die aan een handvat is bevestigd, op de corresponderende snaar slaat. In de traditionele pianobouw werd haagbeuk gebruikt als materiaal voor de vaste onderdelen van dit hamermechanisme. Hout reageert echter gevoelig op veranderingen in temperatuur en vochtigheid en dit heeft een effect op de klank van de piano. Daarom moet de piano regelmatig opnieuw gestemd en onderhouden worden. Voor de dirigent van Phoenix Piano's, Richard Dain, was dit een goede reden om de hameractie te herzien. Als ingenieur en amateurpianist stelde hij zichzelf ten doel om de weergevoelige houten onderdelen te vervangen door duurzamere materialen zonder dat dit ten koste zou gaan van de klank. Hij verving het handvat van het hamermechanisme door complex koolstofvezelweefsel, dat tegelijkertijd zeer stabiel en licht is. De uniformiteit en het lichte gewicht maken eersteklas, klimaatbestendige prestaties mogelijk. Dain werkte samen met het 3D-printteam van igus® GmbH voor de overige onderdelen van de hamercapsule, die bestaat uit een vast en een beweegbaar element.

De samenwerking van Richard Dain met het 3D-printteam van igus® GmbH resulteerde in het D3D-hamersysteem, waarbij elk houten onderdeel is vervangen door een kunststof onderdeel. Het lasersinterproces maakte het mogelijk om in zeer korte tijd een prototype voor de hamercapsule te produceren en te testen. Het voordeel van het proces is de gedetailleerdheid waarmee de gewenste vorm van de onderdelen kan worden geprint. Met de speciaal voor lasersinteren ontwikkelde kunststof iglidur® i3 vond Dain al snel wat hij zocht. De nieuwe iglidur® componenten van het hamermechanisme zijn bijzonder slijtvast en beloven een duurzaam en consistent ontwerp van het mechanisme. De onderdelen van de capsule zijn verbonden met een metalen pin, die een bijzonder lage wrijvingscoëfficiënt heeft in combinatie met de iglidur® kunststof.

Het nieuwe systeem heeft zich ook bewezen in praktische tests: pianisten vergelijken de verandering met de overstap van een Ford T model naar een Ferrari. Na een eerste gewenningsperiode zijn ze in staat om meer kracht te produceren met minder inspanning en zo een compleet nieuwe band met het instrument te creëren.

Dankzij het iglidur® i3 SLS materiaal was het mogelijk om aan de eisen voor de nieuwe hamerkap te voldoen, zo niet deze te overtreffen. De hoge slijtvastheid van de kunststof is precies afgestemd op glijdende toepassingen en de onderdelen blijven stabiel dankzij de sterkte van het materiaal. Bovendien passen de onderdelen precies en zijn ze tot 50 keer slijtvaster dan andere kunststoffen, wat zorgt voor een consistente mechanische beweging, zelfs na vele duizenden keren stoppen.

iglidur® i3 heeft een hoge sterkte en weerbestendigheid en zou volgens Dain zelfs de levensduur van de piano zelf kunnen overtreffen. Omdat de kunststof iglidur® verrijkt is met vaste smeermiddelen, werken de onderdelen die ervan gemaakt zijn in droog bedrijf smeer- en onderhoudsvrij. Daarbij komt nog de ivoorachtige kleur van het materiaal, die het totaalbeeld van het hamermechaniek ondersteunt.

De productie van op maat gemaakte onderdelen van iglidur® i3 duurt slechts 1 tot 3 dagen en is voordelig vanaf batchgrootte 1, omdat er geen gereedschap- en nabewerkingskosten zijn. De bestelling wordt snel en eenvoudig geplaatst via de online 3D printservice: Het 3D-model van het gewenste onderdeel kan als STEP-bestand worden geüpload via het browservenster. Het model, de prijs en de prijsschaal afhankelijk van het materiaal en de productietijd worden onmiddellijk weergegeven. De maakbaarheid van het onderdeel in het geselecteerde proces wordt onmiddellijk gecontroleerd en potentiële probleemgebieden worden gemarkeerd. Geprinte onderdelen kunnen indien nodig worden gladgemaakt, gekleurd of mechanisch bewerkt.