Tehnologija 3D printanja se znatno razvila tokom posljednjih godina, kao i istraživanja u polju nauke o materijalima. To je omogućilo razvoj čitavog niza polimera visokih performansi sa mehaničkim karakteristikama sličnim metalu – pa šta to znači za dizajn ležajeva? Ovdje Chris Johnson, generalni direktor specijalnog dobavljača plastičnih ležajeva SMB Bearings, istražuje proizvodnju aditiva za plastične ležajeve (Additive Manufacturing – AM).
AM obuhvaća čitav niz tehnologija koje prave 3D predmete slažući materijale jedan na drugi. Konkretno, u polimernom 3D printanju postoji pet uobičajenih procesa: stereolitografija (SLA – stereolithography), modeliranje topljenim taloženjem (FDM – fused deposition modeling), selektivno lasersko sinterovanje (SLS – selective laser sintering), višestruko mlazno stapanje (MJF – multi-jet fusion) i spajanje materijala.
Svaki od ovih procesa utiče na mikrostrukturu materijala, uključujući veličinu, oblik i orijentaciju zrna ili kristala. Ovo predstavlja različite izazove i mogućnosti.
Na primjer, SLA nudi glatku površinsku obradu, ali komponente imaju tendenciju da budu manje izdržive od dijelova proizvedenih drugim tehnologijama aditiva. Dakle, istražimo razvoj dizajna ležajeva i mogućnosti proizvodnje olakšane postupcima 3D polimernog printanja.
Fleksibilnost dizajna za malu i veliku proizvodnju
3D printanje daje proizvođačima fleksibilnost u dizajnu za proizvodnju ležajeva sa elementima po mjeri i poboljšanim performansama. Postupak 3D printa relativno je jednostavan i ne zahtijeva skupe alate. To omogućava proizvođačima i inženjerima dizajna da eksperimentišu sa dizajnerskim karakteristikama koje ne bi bile ekonomski isplative primjenom konvencionalnih metoda proizvodnje ležajeva.
Proizvođači ležajeva mogu koristiti raznoliku paletu materijala uz 3D print. Na primjer; 3D printani ojačani polimeri mogu se podudarati ili poboljšati izvan uobičajenih svojstava, što otvara vrata novim uzbudljivim mogućnostima dizajna. Bowman International, proizvođač ležajeva sa sjedištem u Oxfordshireu, koristio je MJF tehnologiju za izradu držača „rollertrain“ pomoću najlona PA11. Blokirana struktura omogućava prostor za još dva do četiri valjka, omogućavajući povećanje nosivosti za 70%, kao i veću elastičnost, trajnost i funkcionalnost.
Još jedna prepreka za inovacije su minimalne količine narudžbi. 3D print uklanja ovu prepreku, omogućavajući proizvođačima da pruže isplativu uslugu male proizvodnje – čak i za narudžbe od deset ležajeva. 3D kalupi štede vrijeme i novac u odnosu na skupe kalupe metalnih ležajeva. Omogućuju agilniji proizvodni pristup, što znači da inženjeri dizajna mogu testirati dizajne kalupa i lahko ih modificirati bez stvaranja dodatnih proizvodnih troškova i visokih naknada za postavljanje.
Iako masivno proizvedeni polimerni 3D ležajevi nisu uobičajeni, 3D print utiče na svijet brzih prototipova. Na primjer; u konceptnoj proizvodnji auta, 3D print se može koristiti za postizanje brzog i vizuelno privlačnog prototipa. To bi osiguralo da i najmanji mehanički elementi, poput ležajeva, funkcionišu u skladu sa cijelim sistemom.
Lagani dizajn
Za mala opterećenja, pri malim brzinama, plastični ležajevi nude fantastične karakteristike performansi i već su pet puta lakši od istih čeličnih ležajeva. Ovo smanjuje početnu težinu i energiju potrebnu za njihovo pokretanje. U industrijama poput svemirske, automobilske ili medicinske, lagan dizajn može postići bolje sigurnosne performanse, kao i vitalne uštede troškova.
Koristeći postupke 3D printanja na polimeru, moguće je dizajnirati komponentu koja je još lakša, uz upotrebu strukture u obliku saća. To bi bilo vrlo teško i dugotrajno postići tradicionalnim procesima obrade. Mnoge industrije možda su se u prošlosti odlučile pouzdati u lagane metalne inovacije, poput Schaefflerovog XZU konusnog potisnog kaveznog igličastog ležaja koji se može koristiti kao zglobni ležaj ruke u laganim prijenosnim robotima. Međutim, 3D printanje termoplastike visokih performansi poput ugljičnih vlakana i polieter eter ketona (PEEK – polyether ether ketone), nudi izvodljivu alternativu za metal.
Odluka za 3D printani držač u najlonu (PA66) ili drugom polimernom materijalu može pomoći u smanjenju težine cijelog ležaja. Najlon ojačan ugljikovim vlaknima jedna je od najpopularnijih kombinacija najlonskih printanih materijala. Nudi mnoge iste prednosti kao i standardni najlon, uključujući visoku čvrstoću i krutost, ali proizvodi znatno lakše dijelove. Polimerni kavez napravljen 3D-om također može smanjiti habanje valjanih elemenata u odnosu na konvencionalni čelični kavez.
Studija izvodljivosti za 2018. godinu, procijenila je performanse trenja komercijalnog kugličnog ležaja sa dubokim ulazom (6004). Ležaj je izrađen postupkom MJP, koristeći plastični materijal za strukturu i topljivi voštani materijal za nosač. Rezultat je pokazao zadovoljavajući životni vijek 3D kugličnog ležaja pri malim opterećenjima i brzinama.
Da kvalitet zadovoljava standarde?
Trenje nije jedina karakteristika koja je dovedena u pitanje kada je riječ o 3D printu. U junu 2018. godine, saradnja za standardizaciju aditivne proizvodnje (Additive Manufacturing Standardization Collaborative – AMSC) objavila je ažuriranu verziju svog standardizacijskog plana za aditivnu proizvodnju. Usvajanje standarda za ublažavanje i kontrolu rizika, kao i omogućavanje konstantnog kvaliteta, bitni su koraci za budućnost 3D polimernog printa. Ovo je posebno važno za dijelove koji su bitni za sigurnost, poput ležajeva.
Kao i kod tradicionalno proizvedenih dijelova, plastični ležajevi moraju proći iste stroge postupke ispitivanja kako bi bili sigurni da odgovaraju svojoj svrsi. Kada eksperimentišete sa inovativnim novim dizajnom i poboljšanim svojstvima materijala, od ključne važnosti je da se pažljivo pregleda konačno okruženje nanošenja, što potvrđuje bitnost rada stručnjaka za ležajeve u industriji.
U raspravi o tradicionalnoj proizvodnji naspram naprednih proizvodnih tehnika, dobra vijest je da ne trebate izabrati stranu. Polimerni 3D print može se koristiti kao dopuna tradicionalnim tehnikama izrade ležajeva, nudeći brzu izradu prototipova i poboljšane karakteristike performansi koje potencijalno mogu konkurisati metalima. Iako 3D polimerni ležajevi još uvijek nisu uobičajeni, dokazi ukazuju na to, da bi mogli biti u budućnosti.
Originalan članak možete pročitati na linku.
