Tech Up, Cost Down - Con stampa 3D e print2mold per ridurre i costi unitari e per una maggiore durata dei cuscinetti

• Cosa serviva: cuscinetti con geometrie speciali
• Metodo di produzione: sinterizzazione laser selettiva e print2mold
• Requisiti: buona scorrevolezza con contropezzo in alluminio, elevata resistenza all'abrasione ad alte velocità, geometrie complesse
• Materiale: iglidur® i3 (sinterizzazione laser) e iglidur® J2 (p2m)
• Settore: impianti di separazione dei rifiuti
• Successo per il cliente: durata prolungata con carichi elevati, costi unitari sensibilmente minori, ampia libertà di progettazione

 
L'applicazione in sintesi:
la società finlandese ZenRobotics realizza impianti di separazione dei rifiuti industriali, controllati tramite intelligenza artificiale. Essi separano i rifiuti in tutto il mondo in modo automatico, rapido e sicuro, nel rispetto della massima qualità. A seconda dell'ambiente, gli impianti devono affrontare condizioni complesse: la polvere e gli imprevisti che sono all'ordine del giorno. Anche in questi casi, gli impianti devono garantire una separazione dei rifiuti rapida e affidabile. Il nuovo impianto "FastPicker" necessitava di cuscinetti in grado di resistere alle elevate forze torsionali generate durante l'accelerazione assiale. Gli sviluppatori hanno ideato una serie di cuscinetti in stampa 3D posizionati su assi in alluminio con un profilo scanalato per impedire la rotazione. I cuscinetti tollerano velocità lineari di 3 m/s con accelerazioni radiali e assiali. La grande libertà progettuale nella stampa 3D ha permesso di adattare la geometria dei cuscinetti all'asse scanalato in alluminio. Nella fase successiva, le matrici per lo stampaggio a iniezione sono state fabbricate in modo additivo con il cosiddetto "rapid tooling" per sfruttare l'eterogeneità dei materiali dello stampaggio a iniezione.
 

FastPicker in uso. L'impianto di separazione dei rifiuti funziona automaticamente grazie al riconoscimento dell'IA.

Problema da risolvere

Durante la fase di prova del nuovo sistema di separazione dei rifiuti "FastPicker" dell'azienda finlandese ZenRobotics, si è notato subito che i cuscinetti classici non sono in grado di tollerare le forze torsionali durante l'accelerazione assiale se il baricentro di massa non si trova al centro dell'asse mobile. Inizialmente la rotazione doveva essere interrotta tramite fermi. Tuttavia tali fermi si guastavano velocemente a causa dei pesanti carichi. Oltre ai fermi, i cuscinetti standard della gamma di prodotti igus sono stati utilizzati inizialmente per contrastare l'accelerazione radiale e assiale.
 

Soluzione

Infine sono stati utilizzati cuscinetti igus con geometrie speciali. Dapprima sono stati realizzati tramite plastica ad alte prestazioni iglidur i3, attraverso il processo di sinterizzazione laser per adattarsi all'asse di alluminio scanalato e interrompere quindi la rotazione. L'azienda è passata quindi al Rapid Tooling per sfruttare l'eterogeneità dei materiali del processo di stampa a iniezione. Il Rapid Tooling o print2mold è in grado di ridurre i costi fino all'80%. La matrice per stampaggio a iniezione, realizzabile in pochi giorni, è immediatamente pronta per l'uso. La libertà di progettazione offerta dalla stampa 3D la rende ideale per la geometria speciale dei cuscinetti.

Informazioni sui prototipi e i volumi ridotti

La stampa 3D e print2mold hanno un punto in comune: la convenienza a partire da piccole quantità. La produzione di componenti con matrici per stampaggio a iniezione realizzati a macchina risulta conveniente solo a partire da una quantità di oltre 10.000 componenti. La stampa 3D in particolare convince nella fase di prova delle applicazioni grazie all'elevata velocità di produzione e alla disponibilità immediata per l'uso. A seconda del componente, la soluzione è pronta per la spedizione in 1-3 giorni e può essere facilmente ordinata attraverso il servizio di stampa 3D online. Per il primo prototipo, ZenRobotics ha utilizzato anche i cuscinetti realizzati in stampa 3D per l'asse in alluminio con profilo scanalato. La società ha scelto il processo print2mold, in cui lo stampo a iniezione viene prodotto mediante stampa 3D. A risultare decisivi, sono stati la varietà dei materiali e i bassi costi unitari relativi allo stampaggio a iniezione. I cuscinetti finali erano realizzati in iglidur J2. In questo caso, il componente print2mold costa solo un decimo circa del componente a sinterizzazione laser (circa €49/pz.). €5/pz., e da 100 pezzi in poi, lo strumento aveva già ripagato gli investimenti. La plastica robusta presenta buone proprietà meccaniche, è conveniente e ha una buona resistenza agli agenti chimici. Inoltre i lubrificanti solidi integrati rendono superflua la lubrificazione dei cuscinetti.

La geometria dei cuscinetti previene la rotazione dell'asse scanalato in alluminio.

Rapid Tooling - igus print2mold

Quando la velocità è tutto: la stampa 3D è la soluzione per la produzione di uno stampo a iniezione. A seconda della geometria, la stampa richiede circa 12-24 ore e lo strumento è subito pronto per l'uso. Il processo di print2mold, noto come Rapid Tooling, consente una produzione economicamente vantaggiosa di prototipi avanzati e piccoli volumi. Risulta più redditizio in quantità fino a 10.000 (nessun quantitativo minimo) rispetto agli stampi a iniezione prodotti a macchina. È possibile produrre componenti resistenti all'usura con un risparmio fino all'80%. La qualità delle parti stampate a iniezione print2mold coincide con quella del processo di stampaggio a iniezione tradizionale. È possibile accelerare notevolmente i processi di sviluppo tramite il processo print2mold. In questo modo si mantiene anche l'eterogeneità dei materiali garantita dallo stampaggio a iniezione tradizionale.
 

Il processo dalla progettazione dello stampo allo stampo a iniezione finito nella procedura print2mold.