Piezas de repuesto impresas en 3D de sorprendente calidad para coches de época

• Qué se necesitaba: Sustitución del engranaje sinfín en el velocímetro de un coche de época
• Método de fabricación: Sinterización selectiva por láser con polvo SLS
• Requisitos: Durabilidad, precisión y un precio económico
• Material: iglidur i6
• Sector: Automoción
• Beneficios para el cliente: Excelente precisión, sin abrasión, fabricación rápida y económica, sin lubricación

Breve descripción de la aplicación:
Encontrar recambios para los coches de época y los modelos de coches poco comunes hoy en día es difícil, por no decir imposible, y se trata de un problema generalizado. El Dr. Jörg Pühler, propietario de un Stanley 750B de 1924, buscaba una pieza de recambio para el cuentakilómetros de su velocímetro.
La pieza original se había estropeado por completo debido al desgaste y al uso del coche por el anterior propietario. El servicio de impresión 3D online de igus proporcionó una solución: el eje necesario con el engranaje helicoidal y el engranaje dentado se imprimió de forma económica y en poco tiempo, con el plástico iglidur i6 SLS resistente a la abrasión como material utilizado.
 

Comparación del engranaje de tornillo sinfín metálico (antiguo) y el engranaje de tornillo sinfín de plástico impreso en 3D hecho de iglidur I6 (nuevo). Fuente: Dr. Jörg Pühler

Problema

En un velocímetro Stewart Warner,el engranaje del primer eje intermedio que engranaba con el tornillo sinfín del eje de entrada ya no funcionaba.  El piñón ya no engranaba con el tornillo sinfín. Debido al uso del velocímetro por el anterior propietario, era imposible determinar las dimensiones correctas. La fabricación de una pieza de recambio requería varios intentos y un material que fuera estable, permitiera una gran precisión y fuera adecuado para un uso continuo.  

Solución

Con el servicio de impresión 3D de igus, se fabricó una pieza de repuesto que funcionaba perfectamente con iglidur I6. Gracias a la fabricación rápida y económica con el método de sinterización por láser (SLS), al propietario del coche de época le resultó sencillo probar en la práctica varias variantes del componente. Gracias al plástico de alto rendimiento utilizado con lubricantes sólidos incorporados, ya no es necesario lubricar el componente. Incluso después de estar en uso durante más de 3.000 km, no se detectan signos de desgaste.  

¿Qué provocó el desgaste del engranaje de tornillo sinfín del velocímetro?

El velocímetro de un coche de época Stanley 750B fabricado en 1924 ya no funcionaba: el contador de kilómetros estaba defectuoso. El propietario descubrió que la causa del defecto era el engranaje dentado que estaba situado en el primer eje intermedio y engranado con el tornillo sinfín del eje de entrada. Debido al desgaste, el piñón ya no engranaba con el tornillo sinfín.
 
El problema estaba causado por el cuentakilómetros de tres secciones: los diales tenían una holgura axial de alrededor de 0,2 mm y no había ninguna arandela de empuje que presionara los diales entre sí. De vez en cuando, un pequeño engranaje de transferencia se deslizaba entre los diales y bloqueaba el contador. Una arandela de latón de 0,1 mm de grosor, ligeramente curvada, eliminó la holgura axial, por lo que ya no se produjo el bloqueo.

Para el velocímetro de Stewart Warner, Chicago, tipo M-9 , inicialmente no fue posible adquirir una pieza de recambio. Fuente: Dr. Jörg Pühler

Varios intentos de conseguir un recambio que funcione

Una vez eliminada la causa del defecto, se pudo iniciar la fabricación de una pieza de recambio. Con la ayuda del software FreeCAD, el Dr. Pühler logró crear un archivo CAD con un modelo 3D del componente que se necesitaba. El primer pedido a través del servicio de impresión 3D de igus se procesó sin complicaciones y la pieza de repuesto terminada se recibió después de solo unos días. 
 
El material era estable y hasta los detalles más pequeños se reproducían perfectamente. El eje se encajó inmediatamente en los cojinetes, y el engranaje de tornillo sinfín para la salida se ajustó con precisión. Sin embargo, resultó que el piñón original se había desgastado tanto que las dimensiones estimadas del engranaje eran demasiado pequeñas.  

El componente original estaba tan dañado que ni siquiera fue posible determinar correctamente las dimensiones. Fuente: Dr. Jörg Pühler

Prueba de la pieza de recambio impresa en 3D: ¿pasará la prueba de resistencia?

Solo hubo que cambiar un parámetro del modelo CAD, tras lo cual se envió rápidamente la segunda versión para su impresión.  El segundo ejemplar también funcionó bastante bien y superó una breve prueba de resistencia. Sin embargo, como empezó a mostrar un ligero mal funcionamiento a bajas revoluciones, hubo que hacer una tercera versión con un módulo de engranaje dentado y un ángulo de hélice adaptados. El tercer ejemplar funcionó perfectamente y se acopló correctamente.
 
Una gran ventaja de la fabricación aditiva es que los cambios pueden aplicarse rápida y fácilmente. La adaptación del modelo digital, así como el cómodo proceso de pedido online y la rapidez de fabricación, permiten realizar adaptaciones de prototipos y piezas de recambio de forma rápida y rentable.
 
La dificultad de la fabricación de piezas de recambio mediante la impresión 3D suele ser la creación de un modelo 3D adecuado. En internet hay muchos tutoriales y herramientas gratuitas online para la creación de modelos CAD. En la página web de igus también hay varios configuradores CAD gratuitos que los usuarios sin experiencia pueden utilizar para engranajes, cojinetes y tuercas trapezoidales, entre otras cosas. Las personas que no quieran crear los CAD por sí mismas, encontrarán ayuda para el diseño de piezas de repuesto impresas en 3D en las páginas web de talleres online para principiantes y otras iniciativas de reparación.  

Banco de pruebas: prueba del engranaje helicoidal impreso en 3D hecho de iglidur I6. Fuente: Dr. Jörg Pühler

Piezas de repuesto impresas en 3D de sorprendente calidad para coches de época

Después de probar exhaustivamente el eje en el banco de pruebas, se instaló en el velocímetro, que, a su vez, se instaló de nuevo en el coche de época. Una ventaja significativa de iglidur 6 la ofrecen los lubricantes sólidos incorporados en el plástico, ya que gracias a ellos el usuario puede evitar tener que lubricar los componentes, incluso si está en contacto con una pieza de metal.  
 
Después de estar en uso durante más de 3.000 km, el engranaje de tornillo sinfín impreso sigue estando en buen estado y no se perciben signos de desgaste. Los ligeros rastros de abrasión metálica que se aprecian en la imagen proceden del tornillo sinfín, y se produjeron en la fase inicial de la prueba, pero no cambiaron significativamente durante el uso posterior.

Incluso después de 3.000 km, el engranaje de tornillo sinfín no muestra signos de abrasión. Fuente: Dr. Jörg Pühler