Piezas de reloj resistentes al desgaste de la impresora 3D

• Qué se necesitaba: Componentes para un reloj mecánico
• Proceso de fabricación: Extrusión de filamento (FDM)
• Requisitos: Alta resistencia a la abrasión, buenas características mecánicas, precisión en los detalles
• Material: iglidur® i150
• Industria: Fabricación de modelos
• Éxito gracias a la cooperación: mayor resistencia al desgaste, vida útil significativamente más larga de los componentes, funcionamiento más regular del escape y, por tanto, del movimiento en su conjunto.

La aplicación de un vistazo:
Como parte de un proyecto Jugend Forscht, Kai Schmidt-Brauns construyó un movimiento completamente imprimible en 3D y comparó una curva de perfil calculada matemáticamente de un escape de un movimiento mecánico con una curva de perfil determinada empíricamente. Para probar las respectivas curvas de perfil, imprimió un movimiento mecánico basado en su modelo matemático. Además de las pruebas con componentes fabricados con PLA convencional, el estudiante de Wolfsburg probó las diferentes curvas de perfil con componentes fabricados con el tribofilamento® iglidur® i150. Esto confirmó un mejor rendimiento del escape con el material igus®. Gracias al filamento tribológicamente optimizado, los componentes expuestos a cargas mecánicas especialmente elevadas lograron una vida útil significativamente más larga y un funcionamiento más regular que las piezas fabricadas con PLA convencional.

Para que un movimiento mecánico funcione con precisión, hay que determinar con exactitud la geometría de todos los componentes del mecanismo y minimizar la fricción entre las piezas móviles. El objetivo del proyecto de Kai Schmidt-Brauns era diseñar un mecanismo de escape para el movimiento imprimible en 3D y, a continuación, determinar su geometría mediante un modelo matemático. Aunque el modelo matemático dio como resultado un movimiento más regular, se planteó la cuestión de otras formas de hacer que el movimiento fuera aún más preciso. En las pruebas realizadas con componentes impresos en 3D fabricados con PLA convencional, las piezas sometidas a grandes cargas, como el trinquete (formado por una rueda de trinquete y un anillo de trinquete) del mecanismo de cuerda, no tuvieron una vida útil especialmente larga.

Después de las pruebas con el movimiento hecho de PLA convencional, Kai Schmidt-Brauns sustituyó los componentes críticos por especímenes impresos a partir del tribofilamento® iglidur® i150 de igus®. La comparación reveló que la fricción deslizante y estática entre los componentes hechos de iglidur® i150 se redujo significativamente. Además, gracias a la alta resistencia al desgaste del material igus®, la vida útil del trinquete aumentó y se observó un funcionamiento más regular del escape.

Jugend Forscht es un concurso alemán de jóvenes talentos para alumnos desde 4º de primaria hasta los 21 años. Los participantes pueden trabajar y presentar problemas de su propia elección en los campos de las matemáticas, la informática y las ciencias naturales. En el marco de este concurso, Kai Schmidt-Brauns, de Wolfsburgo, creó primero un modelo matemático para determinar la geometría exacta de los componentes de un mecanismo de escape imprimible en 3D. En concreto, se trataba de la curva de perfil de la rueda de perfil, que pudo calcular a partir de parámetros bien definidos. El escape de un reloj es la pieza que determina su precisión. El mecanismo de escape "inhibe" el tren de engranajes a intervalos regulares, por ejemplo con la ayuda de un áncora, y garantiza que un minuto en el reloj corresponda a un minuto y no tarde a veces 61 y a veces 55 segundos. En el siguiente paso del proyecto, Kai Schmidt-Brauns comparó la curva de perfil calculada con una curva de perfil determinada empíricamente. Descubrió que el movimiento con la curva de perfil calculada tiene un ritmo más regular que la curva de perfil determinada empíricamente.

Además de comparar la fórmula matemática y la curva de perfil determinada empíricamente, Kai Schmidt-Brauns probó los escapes con distintos materiales. La elección recayó en el tribofilamento® iglidur® i150. Con una temperatura del lecho de 40 °C, una velocidad de impresión de 30 mm/s a una altura de capa de 0,1 mm y una temperatura del extrusor de 250 °C, el estudiante obtuvo los mejores resultados con el filamento de igus®. En comparación con el PLA convencional, también pudo determinar un movimiento significativamente más regular del escape durante una prueba. Además de los resultados en el mecanismo de escape, el filamento tribológicamente optimizado fue capaz de proporcionar una mejora en su resistencia al desgaste en componentes sometidos a grandes cargas. El anillo de trinquete del trinquete (ver imagen), que se encuentra en el mecanismo de cuerda del mecanismo del reloj, tuvo que ser sustituido significativamente más a menudo con PLA convencional que con iglidur® i150. Además, pudo registrar una mayor tenacidad y flexibilidad en comparación con la fabricada con PLA convencional mediante pruebas con un muelle en espiral impreso con iglidur® i150.

Además de iglidur® i150, igus® ofrece muchos otros filamentos tribológicamente optimizados para la impresión 3D. Todos ellos tienen en común que están pensados para aplicaciones deslizantes debido a su alta resistencia a la abrasión. iglidur® i150 se puede procesar muy fácilmente como los filamentos PLA y PETG. En la prueba de desgaste del laboratorio de pruebas de igus®, los tribofilamentos igus® rinden hasta 50 veces mejor que los plásticos convencionales como PLA y ABS (ver imagen). Además, cumple con la normativa alimentaria según el Reglamento 10/2011 de la UE y, por tanto, es apto para las aplicaciones correspondientes en la industria alimentaria y de envasado. Este filamento todoterreno es especialmente adecuado para los principiantes en la impresión gracias a su facilidad de procesamiento. El servicio de impresión 3D también está disponible en cualquier momento con un plazo de entrega de 1 a 3 días si se requiere la ayuda de expertos.