Accelerazioni elevate e fino a 80 °C: cuscinetti lineari affidabili per stampanti 3D

• Cosa serviva: catena portacavi della microserie E2, cuscinetto linearedrylin® R, pellicola lineare in iglidur® E7, guide per mandrini dryspin®
• Requisiti: il cuscinetto nell'applicazione deve resistere in modo permanente ad accelerazioni elevate e temperature fino a 80 °C.
• Settore: stampante 3D
• Successo per il cliente: a differenza delle boccole a ricircolo di sfere, le pellicole lineari iglidur® si dimostrano un'alternativa conveniente. Sono inoltre a basse vibrazioni, esenti da lubrificazione e manutenzione e durevoli.

Fondata nel 2012, Kühling&Kühling vende ai propri clienti soluzioni di produzione 3D flessibili e facilmente scalabili. Per la realizzazione della prima stampante 3D prodotta in serie, l'esperto di soluzioni con sede a Kiel era alla ricerca di una catena portacavi per un passaggio sicuro dei cavi e di una soluzione di cuscinetti a strisciamento adatta. Le esigenze di una stampante 3D sulla tecnologia dei cuscinetti sono elevate: le elevate prestazioni delle macchine richiedono componenti mobili in grado di resistere ad accelerazioni elevate per un lungo periodo di tempo senza problemi e con la minima manutenzione possibile. Inoltre, i meccanismi interni dinamici determinano anche temperature enormi fino a 80 °C, per le quali è stato necessario trovare i materiali giusti. Infine, anche le parti integrate dovevano soddisfare gli elevati requisiti in termini di

silenziosità. L'azienda Kühling&Kühling, con sede a Kiel, è una di queste dal 2012. I due fondatori, gli ingegneri meccatronici Jonas e Simon Kühling, sono specializzati nello sviluppo e nella produzione di hardware open source nel campo delle stampanti 3D. Dopo un anno e mezzo di sviluppo, il primo prodotto, la "RepRap Industrial", è in produzione in serie dalla fine del 2013. Si tratta di una soluzione conveniente per una prototipazione rapida affidabile e di alta qualità, in particolare per

un uso continuo intensivo. Il sistema è in continuo sviluppo e ha appena ricevuto un aggiornamento fondamentale e vari miglioramenti con la versione "v1.1.0". Possono essere lavorati tutti i materiali che soddisfano determinate specifiche di base, dai termoplastici ad alta resistenza e plastiche caricate in fibra ai materiali elastici in gomma. Le stampanti disponibili per uso domestico o per la modellazione consentono l'uso solo di una gamma molto limitata di materiali di stampa. Qui viene utilizzata prevalentemente una cosiddetta "bioplastica", che si basa sul mais e generalmente non può resistere ai requisiti tecnici dell'uso industriale. Questo perché questa plastica si rompe già a temperature superiori a 45 °C: i limiti di temperatura nell'industria sono significativamente più elevati. Rispetto ad altre stampanti 3D per uso industriale, la "RepRap Industrial" è particolarmente consigliata per il suo prezzo. Ciò è circa il 25-30 percento in meno rispetto a sistemi comparabili. Il successo dà ragione a Kühling&Kühling: il numero di unità è in continuo aumento e si è quadruplicato nel giro di un anno. Possono essere lavorati tutti i materiali che soddisfano determinate specifiche di base,

dai termoplastici ad alta resistenza e dalle plastiche caricate con fibre ai materiali elastici in gomma. Simon Kühling ricorda la ricerca di un fornitore adatto:

"Quando abbiamo iniziato a sviluppare il sistema, inizialmente abbiamo pensato ai classici cuscinetti a sfere. Questi presentano diversi svantaggi. In primo luogo, sono troppo costosi a un prezzo unitario di circa 12 euro e, in secondo luogo, smettono di funzionare a una temperatura di esercizio di 65 °C. A questo punto, le guarnizioni iniziano a rompersi. Quindi le guarnizioni iniziano a rompersi e la lubrificazione si consuma". Ciò ha portato ai cuscinetti lineari con superfici di scorrimento in plastica. "Per motivi di costo, inizialmente abbiamo testato prodotti asiatici", afferma Simon Kühling. "Tuttavia, questi non soddisfano in alcun modo i nostri requisiti, per non parlare di una capacità di consegna rapida e a lungo termine".

Per il passaggio dei cavi, lo specialista di Kiel ha optato per la nostra catena portacavi della microserie E2, che occupa pochissimo spazio di installazione ed è stata sviluppata per applicazioni particolarmente dinamiche. Inoltre, come soluzione dicuscinetti lineari nella generazione di stampanti 3Dsono state utilizzate le guide per mandrini dryspin®, i cuscinetti lineari a strisciamento drylin® R e le pellicole lineari a strisciamento in iglidur® E7. A differenza delle boccole a ricircolo di sfere convenzionali, i cuscinetti lineari in materiale iglidur® si sono dimostrati una soluzione conveniente e allo stesso tempo
ad alte prestazioni. Soddisfano gli elevati requisiti di emissioni acustiche, accelerazione di traslazione e resistenza continua alla temperatura. Inoltre, i cuscinetti lineari a strisciamento esenti da lubrificazione a vita sono esenti da manutenzione e quindi presentano un'usura particolarmente bassa e una lunga durata. 
Grazie al posizionamento preciso degli elementi del cuscinetto, anche durante movimenti rapidi, e all'assenza di vibrazioni, i clienti possono ottenere risultati di produzione ottimali anche con le loro stampanti 3D.

La tecnologia lineare e di azionamento "drylin®" di igus® offre ai progettisti di stampanti 3D vari componenti, sempre completamente privi di lubrificazione e disponibili in 24 ore e senza quantità minima d'ordine. Un altro vantaggio dell'utilizzo di cuscinetti lineari a strisciamento

in plastica ad alte prestazioni è il loro funzionamento silenzioso; non c'è alcun rumore di rotolamento meccanico come con sfere in metallo o ceramica. In totale, nella "RepRap Industrial" vengono utilizzati dodici prodotti di cuscinetti

igus®: alberi in acciaio e adattatori di guida lineare con lamine di scorrimento in plastica ad alte prestazioni "iglidur®" per guidare il rispettivo asse, nonché viti di comando e chiocciole filettate in plastica come azionamenti degli assi. I cuscinetti lineari a strisciamento sono identici nel design alle boccole a ricircolo di sfere, economici e facili da installare. Inoltre smorzano le vibrazioni. Ciò è tanto più importante perché la stampa 3D non genera grandi forze, ma si verificano rapide accelerazioni. Per questo l'asse deve

essere leggero. La stampante 3D di Kühling&Kühling utilizza anche prodotti della seconda divisione aziendale principale di igus®, le catene portacavi in plastica. Le catene della famiglia "E2 micro" qui utilizzate si distinguono per il design estremamente salvaspazio, il peso ridotto e i movimenti di rotolamento particolarmente fluidi. I contorni lisci della catena portacavi in plastica proteggono anche i cavi inseriti. Il catalogo online di igus® ci

ha già fornito una buona panoramica della gamma e dei prodotti adatti a noi. Tuttavia, la consulenza personale ci ha aiutato molto a scegliere quella giusta tra la massa di opzioni. Inoltre, c'è stato un dialogo costante sui limiti e le possibilità dei singoli componenti e sui possibili nuovi sviluppi. Questi ultimi si sono applicati, ad esempio, nel settore delle pellicole di scorrimento. La pellicola di scorrimento "iglidur® E7" attualmente presentata è stata sviluppata appositamente per i movimenti lineari. Il suo punto di forza particolare è l'elevata durata utile e il basso tasso di usura su alberi in acciaio, acciaio cromato e tutti i tipi di acciaio inossidabile. La temperatura di esercizio varia da -30 a + 80 °C. La "E7" è disponibile come pellicola di scorrimento per diametri da 10 a 50 mm e può essere combinata con tutti gli alloggiamenti lineari della serie "drylin® R".