Tech up, Cost Down - lage eenheidskosten en een langere levensduur van glijlagers met 3D-printen en spuitgieten

• Wat was nodig: glijlagers met speciale geometrie
• Productieproces: selectief lasersinteren en spuitgieten
• Eisen: goede glij-eigenschappen met de partner aluminium, hoge slijtvastheid bij hoge snelheden, complexe geometrie
• Materiaal: iglidur i3 (lasersintering) en iglidur J2
• Industrie: afvalscheidingsinstallaties
• Succes door samenwerking: lange levensduur ondanks hoge belastingen, aanzienlijk lagere eenheidskosten, hoge mate van ontwerpvrijheid

De toepassing in één oogopslag:
Het Finse bedrijf ZenRobotics produceert industriële, AI-gestuurde afvalscheidingssystemen die wereldwijd zorgen voor automatische, hoogwaardige, snelle en veilige afvalscheiding. Afhankelijk van de omgeving zijn de omstandigheden voor de systemen zeer zwaar - stof en andere interessante verrassingen in het afval zijn dagelijkse kost. Ondanks deze omstandigheden moeten de systemen afval snel en betrouwbaar kunnen scheiden. Voor het nieuwe "FastPicker" systeem waren glijlagers nodig die bestand waren tegen de hoge torsiekrachten die optreden tijdens axiale versnelling. De ontwikkelaars kwamen met 3D-geprinte glijlagers die gemonteerd zijn op aluminium assen met een gegroefd profiel om rotatie te voorkomen. De glijlagers zijn bestand tegen lineaire snelheden van 3 m/s met radiale en axiale versnellingen. Dankzij de hoge mate van ontwerpvrijheid bij 3D-printen was het mogelijk om de geometrie van de glijlagers aan te passen aan de gegroefde aluminium as. De volgende stap bestond uit het maken van een spuitgietgereedschap om de materiaaldiversiteit van spuitgieten te gebruiken.

Tijdens de testfase van het nieuwe "FastPicker" afvalsorteersysteem van ZenRobotics in Finland werd al snel duidelijk dat klassieke glijlagers niet bestand zijn tegen de torsiekrachten tijdens axiale versnelling als het massamiddelpunt zich niet in het midden van de bewegende as bevindt. Aanvankelijk zou de rotatie worden belemmerd door stopper elementen. Deze begaven het echter snel door de zware belasting. Naast de stopper elementen werden aanvankelijk standaard glijlagers uit het igus assortiment gebruikt om de radiale en axiale versnelling op te vangen.

Uiteindelijk werden igus glijlagers met een speciale geometrie gebruikt. Ze werden eerst geproduceerd uit de hoogwaardige kunststof iglidur i3 via lasersintering. Op die manier pasten ze op de gegroefde aluminium as en hielden zo de rotatie tegen. Daarna werd er een spuitgietmatrijs gemaakt volgens de speciale geometrie, zodat het mogelijk was om de materiaalvariant van spuitgieten te gebruiken. Dit resulteerde in een kostenbesparing tot 80%.

3D-printen en spuitgieten verschillen vaak qua kosteneffectiviteit: 3D printen loont vaak al vanaf een klein aantal stuks. De productie van onderdelen met machinaal vervaardigde spuitgietmatrijzen loont pas vanaf een hoeveelheid van meer dan 10.000 onderdelen. 3D-printen scoort vooral punten in de testfase van toepassingen met zijn hoge productiesnelheid en onmiddellijke gebruiksklaarheid. Afhankelijk van het ontwerp zijn de onderdelen binnen één tot drie dagen klaar voor verzending en kunnen ze eenvoudig worden besteld via de online 3D printservice. Voor het prototype gebruikte ZenRobotics ook 3D-geprinte glijlagers voor de aluminium as met een gegroefd profiel. Het bedrijf besloot vervolgens om de onderdelen in grotere hoeveelheden te produceren via spuitgieten. De doorslaggevende factoren waren de verscheidenheid aan materialen en de lage kosten per eenheid die gepaard gaan met spuitgieten. De uiteindelijke glijlagers werden vervaardigd van iglidur J2. Met ongeveer € 5/stuk kostte het spuitgietonderdeel slechts een tiende van het SLS-onderdeel (ongeveer € 49/stuk) en het gereedschap was al na 100 stuks rendabel. De robuuste kunststof heeft goede mechanische specificaties, is kosteneffectief en biedt een goede mediabestendigheid. Bovendien maken de geïntegreerde vaste smeermiddelen externe smering van de glijlagers overbodig.