Verbeter techniek, verlaag kosten - Met 3D-printen en print2mold voor het verlagen van de stukskosten en een langere levensduur van glijlagers

• Wat was er nodig? Glijlager met speciale geometrie
• Productieproces: Selectief lasersinteren & print2mold
• Vereisten: Goede glijeigenschappen met de contrastpartner aluminium, hoge slijtvastheid bij hoge snelheden, complexe geometrie
• Materiaal: iglidur i3 (SLS) & iglidur J2 (p2m)
• Industrie: Afvalscheidingsinstallaties
• Succes door samenwerking: Hoge levensduur bij zware belasting, aanzienlijk lagere eenheidskosten, grote 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 aan de orde van de dag. Ondanks deze omstandigheden moeten de systemen afval snel en betrouwbaar kunnen scheiden. Voor het nieuwe "FastPicker" systeem werden glijlagers gezocht 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 grote ontwerpvrijheid bij 3D-printen was het mogelijk om de geometrie van de glijlagers aan te passen aan de gegroefde aluminium as. De volgende stap was additieve productie in de zogenaamde Rapid Tooling spuitgietmatrijs om gebruik te kunnen maken van de materiaaldiversiteit van spuitgieten.

Tijdens de testfase van een nieuw "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 gestopt door stopelementen. Deze begaven het echter snel door de zware belasting. Naast de stopperelementen werden aanvankelijk standaard glijlagers van igus gebruikt om de radiale en axiale versnelling op te vangen .

Uiteindelijk werden igus glijlagers met een speciale geometrie gebruikt. Ze werden eerst gemaakt van de hoogwaardige kunststof iglidur i3 met behulp van het lasersinterproces om op de gegroefde aluminium as te passen en zo de rotatie te stoppen. Daarna schakelde het bedrijf over op Rapid Tooling om de materiaaldiversiteit van het spuitgietproces te benutten. Het Rapid Tooling of print2mold proces kan de kosten ook tot 80% verlagen. De matrijs voor spuitgieten kan binnen een paar dagen worden geproduceerd en is direct klaar voor gebruik. De ontwerpvrijheid die 3D-printen biedt, maakte het ideaal voor de speciale geometrie van de glijlagers.

3D printen en print2mold hebben één ding gemeen: ze zijn winstgevend vanaf een klein aantal stuks. De productie van onderdelen met machinaal vervaardigd spuitgietgereedschap is pas rendabel vanaf een hoeveelheid van meer dan 10.000 onderdelen. Vooral in de testfase van toepassingen kan 3D-printen indruk maken door zijn hoge productiesnelheid en onmiddellijke gebruiksklaarheid. Afhankelijk van het onderdeel is het binnen 1 tot 3 dagen verzendklaar en kan het eenvoudig worden besteld bij de online 3D printservice. ZenRobotics gebruikte ook 3D-geprinte lagers voor een eerste prototype van de aluminium as met een gegroefd profiel. Het bedrijf koos toen voor het print2mold-proces, waarbij het spuitgietgereedschap wordt geproduceerd met behulp van 3D-printen. De doorslaggevende factoren waren de verscheidenheid aan materialen en de lage eenheidskosten die gepaard gaan met spuitgieten. De uiteindelijke lagers zijn gemaakt van iglidur J2. In dit geval kostte de print2mold component slechts een tiende van de SLS component (ca. €49/stuk) tegen ongeveer €5/stuk en de matrijs betaalde zichzelf ook terug vanaf 100 stuks. De robuuste kunststof heeft goede mechanische specificaties, is kosteneffectief en heeft een goede mediaweerstand. Bovendien maken de geïntegreerde vaste smeermiddelen externe smering van de glijlagers overbodig.

Als snelheid essentieel is, is 3D-printen de oplossing voor het maken van een spuitgietmatrijs. Afhankelijk van de geometrie duurt het printen ongeveer 12-24 uur en het gereedschap is daarna direct klaar voor gebruik. Het print2mold proces dat bekend staat als Rapid Tooling maakt kosteneffectieve productie van geavanceerde prototypes en kleine volumes mogelijk. Het is winstgevender in hoeveelheden tot 10.000 (geen minimumhoeveelheid) dan mechanisch geproduceerde spuitgietmatrijzen. Slijtvaste onderdelen kunnen worden geproduceerd met een kostenreductie tot 80%. De kwaliteit van print2mold spuitgietproducten is hetzelfde als bij het conventionele spuitgietproces. Ontwikkelingsprocessen kunnen enorm versneld worden met het print2mold proces en de materiaalvariëteit van het gewone spuitgieten blijft ook behouden.