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

• ¿Qué se necesitaba? Cojinetes lisos para la dirección del vehículo impreso en 3D
• Método de fabricación: Extrusión de filamento (FDM)
• Requisitos: poca holgura, alta resistencia, alta resistencia a la abrasión
• Material: iglidur i150
• Industria: Industria del automóvil
• Éxito gracias a la cooperación: Buena calidad superficial, producción más rápida gracias a la impresión 3D sin herramientas, más tiempo para el desarrollo, poco o ningún juego del cojinete

La aplicación de un vistazo:
En su proyecto "Chameleon", la empresa británica Scaled 3D ha desarrollado un vehículo de cuatro ruedas fabricado exclusivamente con componentes impresos en 3D. Durante las pruebas del vehículo, el diseño del sistema de dirección llamó negativamente la atención. Los cojinetes de dirección tenían demasiada holgura y mucho 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 grandes y pequeños y formatos con el tribofilamento iglidur i150, el equipo de desarrollo diseñó finalmente un cojinete liso de cinco piezas que tenía muy poca holgura y era significativamente más resistente a la abrasión que los cojinetes fabricados con plástico convencional. Esto permitió cumplir la condición de que el rodamiento siguiera procediendo de la impresora 3D.

El sistema de dirección del vehículo tenía demasiada holgura y se volvía impreciso rápidamente. Además, corría el riesgo de desgastarse rápidamente. Así que hubo que fabricar cojinetes de dirección con mucho menos juego que se ajustaran a la forma existente del resto del vehículo. La profundidad de los cojinetes lisos no debía superar los 20 mm. El inferior de los dos cojinetes también tenía que tener un anillo interior dividido para permitir el montaje con la columna de dirección, que tiene dos juegos de pernos radiales en cada extremo. Los componentes también tenían que ser mucho más resistentes que los cojinetes de PLA estándar instalados anteriormente.

Scaled 3D encontró el material perfecto para su proyecto "Chameleon" en el tribofilamento iglidur i150-PF tribológicamente optimizado. El filamento es muy fácil de procesar en una impresora de gran volumen y ofrece buenas propiedades mecánicas en términos de resistencia, tenacidad y adhesión de capas en aplicaciones de deslizamiento. El rodamiento se convirtió en un rodamiento de bolas de cinco piezas que se probó inicialmente como prototipo. Durante las pruebas, el juego en el cojinete era muy bajo bajo cargas excéntricas durante la rotación. Las pruebas en la fase de desarrollo ya eran muy significativas, ya que los componentes finales se fabricarían con el mismo proceso.

El principal objetivo del proyecto "Chameleon", del Reino Unido, era desarrollar un vehículo que saliera íntegramente de la impresora 3D. La idea del proyecto era pasar de la producción en serie a una producción rápida y específica para el cliente. Al mismo tiempo, la fabricación aditiva sin herramientas iba a permitir utilizar material reciclado. Según Scaled 3D, en el futuro será posible utilizar material 100% reciclado en vehículos y estructuras impresas en 3D. De momento, el equipo de Chameleon ha conseguido trabajar con un 30% de material reciclado en el primer prototipo de 2020. La rapidez con la que se pueden imprimir las piezas en 3D es especialmente beneficiosa para este proyecto: un tiempo máximo de impresión de 83 minutos para una pieza grande (1,375 kg) permitió dibujar, imprimir y probar estas piezas en el mismo día. La gran ventaja de velocidad sobre procesos como el fresado y el moldeo por inyección influyó muy positivamente en la libertad de desarrollo del vehículo, que se vio respaldada por la libertad de diseño en la geometría de las piezas.

Para obtener una visión general de las propiedades tribológicas del tribofilamento iglidur i150, la empresa probó primero los componentes en un formato pequeño. En primer lugar, se imprimieron cilindros anidados, cuyas superficies sin tratar ya eran de muy buena calidad en comparación con otros materiales. A continuación, las piezas se imprimieron en gran formato, y su buena calidad superficial fue una de sus características más impresionantes. El rodamiento de bolas a sustituir se imprimió de nuevo en iglidur i150. Las pistas I150 y la jaula del cojinete de bolas demostraron ser buenos compañeros de deslizamiento para un funcionamiento con baja fricción. Al final, se creó un rodamiento de bolas de cinco piezas.

Durante las pruebas realizadas con el rodamiento de bolas iglidur i150, el juego era muy reducido bajo cargas excéntricas durante la rotación. Se desarrolló entonces un sistema de doble cojinete para encajar en el sistema de dirección Chameleon. Según Scaled 3D, la calidad de impresión de los cojinetes iglidur i150 es comparable a la del ASA y mucho mejor que la del PLA convencional. A pesar de una altura de capa de 1 mm, el acabado superficial era muy bueno. Además de la buena calidad de los componentes, la empresa también está satisfecha con la facilidad de montaje de las piezas. El tribofilamento es adecuado tanto para aplicaciones pequeñas como para proyectos con la impresora a gran escala. Tiene buenas propiedades mecánicas y, por lo tanto, es adecuado para la mayoría de las aplicaciones e impresoras 3D. iglidur i150 también es compatible con los alimentos de acuerdo con el Reglamento 10/2011 de la UE y es adecuado para aplicaciones en las industrias alimentaria y de envasado.