Del prototipo al producto final: rodamientos de bolas listos para instalar fabricados mediante impresión 3D

• Qué se necesitaba: cojinetes para el sistema de dirección del vehículo impreso en 3D
• Método de fabricación: Modelado por deposición fundida (FDM)
• Requisitos: poca holgura, robustez, alta resistencia al desgaste
• Material: iglidur I150
• Sector: Automoción
• Beneficios para el cliente: Buena calidad de superficie, producción más rápida gracias a la impresión 3D sin herramientas, más tiempo para el desarrollo, poco o ningún tipo de holgura en los cojinetes

 
Breve descripción de la aplicación:
La empresa británica Scaled 3D ha desarrollado en el marco del proyecto Chamaleon un vehículo de cuatro ruedas formado exclusivamente por componentes impresos en 3D. Durante las pruebas del vehículo, el diseño del sistema de dirección atrajo la atención. Los cojinetes presentaban demasiada holgura y muchos índices de desgaste. Para que la aplicación siguiera siendo totalmente impresa en 3D, la empresa empezó a buscar un material duro y resistente al desgaste que fuera más adecuado para los puntos de apoyo. Después de varias pruebas en formatos grandes y pequeños con el tribofilamento iglidur I150, el equipo de desarrollo finalmente diseñó un cojinete de cinco partes que tenía muy poca holgura y era significativamente más resistente a la abrasión que los cojinetes hechos de plástico convencional. De esta forma se aseguraba que el cojinete pudiera seguir procediendo en su totalidad de una impresora 3D.
 

En el marco de su proyecto Chameleon, la empresa británica Scaled 3D ha desarrollado un vehículo de cuatro ruedas fabricado íntegramente con piezas impresas.

Problema

El sistema de dirección del vehículo tenía demasiada holgura y rápidamente se volvió impreciso. También corría el riesgo de desgastarse rápidamente. Esto significaba que había que encontrar cojinetes que tuvieran una holgura significativamente menor, pero que pudieran adaptarse a la forma existente del resto del vehículo. La profundidad de los rodamientos, por ejemplo, no debía superar los 20 mm. El rodamiento de bolas inferior también tenía que tener un anillo interior de dos piezas para permitir el montaje con la columna de dirección, que tiene dos juegos de pernos radiales en cada extremo. Las piezas también tenían que ser mucho más resistentes que los cojinetes de PLA estándar utilizados anteriormente.
 

Solución

Scaled 3D encontró el material idóneo para el proyecto Chameleon: el tribofilamento iglidur I150-PF, optimizado tribológicamente. Este filamento es muy fácil de utilizar en impresoras de gran formato y ofrece buenas propiedades mecánicas (resistencia, tenacidad, adhesión de la capa) en esta aplicación deslizante. El cojinete se convirtió finalmente en un rodamiento de bolas de cinco partes, del que se hizo un prototipo para probarlo. En las pruebas, la holgura del cojinete con cargas excéntricas y movimientos rotatorios fue muy reducida. Los test fueron muy reveladores durante la fase de desarrollo, ya que las piezas finales debían fabricarse con el mismo proceso.
 

El proyecto Chameleon, una aplicación individual y sostenible

El principal objetivo del proyecto británico Chameleon era desarrollar un vehículo totalmente impreso en 3D. La idea subyacente era pasar de la producción en masa a la fabricación rápida de productos a medida. Al mismo tiempo, la fabricación aditiva sin moldes iba a permitir el uso de material reciclado. Según Scaled 3D, en el futuro debería ser posible utilizar materiales 100% reciclados en vehículos y estructuras impresas en 3D. Con el primer prototipo de 2020, el equipo de Chameleon ha conseguido hasta ahora utilizar un 30% de material reciclado. La rapidez con la que se pueden imprimir las piezas tuvo un papel importante en este proyecto. Un máximo de 83 minutos para una pieza grande de 1,375 kg, lo que significa que las piezas podrían diseñarse, imprimirse y probarse en un día. Esta velocidad se compara con los procesos de fabricación de herramientas, como el fresado o la inyección, ha tenido un impacto muy positivo en el tiempo de desarrollo del vehículo, que también se ha beneficiado de la gran libertad de diseño de la impresión 3D para la forma de las piezas.
 

Los cojinetes del sistema de dirección también están fabricados mediante una impresora 3D de gran formato

En busca de los cojinetes adecuados

La empresa probó primero las piezas en un formato pequeño para evaluar adecuadamente las propiedades tribológicas del tribofilamento iglidur I150. En primer lugar, se imprimieron cilindros anidados, cuya superficie sin tratar ya era de muy buena calidad en comparación con otros materiales. A continuación, se imprimieron piezas de gran formato, con una calidad de superficie igual de convincente. El rodamiento de bolas a sustituir se imprimió entonces con iglidur I150. Los rodamientos de bolas iglidur I150 combinados con la jaula dieron excelentes resultados para un funcionamiento de baja fricción. Finalmente, se creó un rodamiento bolas en cinco piezas.  

El prototipo de rodamiento de bolas: polímero convencional a la izquierda e iglidur I150 a la derecha

iglidur I150, el todoterreno entre los tribofilamentos igus

En las pruebas de los rodamientos de bolas iglidur I150, la holgura del rodamiento durante la rotación en presencia de una carga excéntrica era muy reducida. Por ello, se desarrolló un sistema de doble rodamiento que puede integrarse en el sistema de dirección de Chameleon. Según Scaled 3D, la calidad de impresión de los cojinetes iglidur I150 es comparable a la del ASA y significativamente mejor que la del PLA convencional. La calidad de la superficie era muy buena a pesar de una altura de capa de 1 mm. El sencillo montaje de las piezas, además de su buena calidad, también convenció a la empresa. El tribofilamento es adecuado tanto para aplicaciones pequeñas como para proyectos que requieren una impresora de gran formato. Tiene buenas propiedades mecánicas, por lo que es adecuado para la mayoría de las aplicaciones e impresoras 3D. El iglidur I150 también es compatible con los alimentos según la normativa 10/2011 de la UE y es adecuado para aplicaciones en el sector de la alimentación y el envasado.
 

El tribofilamento iglidur i150 puede utilizarse con todas las impresoras 3D.