从原型到最终产品——即装即用的3D打印滚珠轴承

• 所需产品：用于3D打印车辆的转向系统的滑动轴承
• 制造方法：线材挤压（FDM）
• 要求：间隙小、强度高、耐磨性好
• 所用材料： iglidur I150
• 行业：汽车行业
• 通过合作取得的成功：高表面质量、通过免工具3D打印实现快速生产、更多时间用于开发、几乎无轴承间隙

 
应用概览：
来自英国的Scaled 3D公司通过其“变色龙”项目开发出了一种四轮汽车，该汽车的部件完全由3D打印制成。但是在车辆测试期间，汽车的转向系统设计表现不佳，引人关注。其中的转向轴承间隙过大，导致磨损严重。为了解决这一问题，同时确保汽车仍完全采用3D打印，该公司开始寻找一种更适用于轴承点的坚固耐磨材料。对不同尺寸和和规格的iglidur I150耐磨线材进行测试后，其开发团队最终设计出一种五件式滑动轴承，这种轴承的间隙非常小，而且与由传统塑料制成的轴承相比，其耐磨性显著提高。此外，该轴承也可以完全采用3D打印制造。
 

总部位于英国的Scaled 3D公司的“变色龙”项目旨在开发出完全由3D打印而成的车辆。

问题

3D打印车辆的转向系统的间隙太大，导致转向很快就变得不准确。而且它磨损很快。所以，必须要制造出间隙小得多的转向轴承，且新轴承要能匹配车辆其余部分的现有形状。而且滑动轴承的深度不能超过20毫米。两个轴承靠下的位置还必须要有一个剖分式内圈，以使其可以安装到两端各有两组径向螺栓的转向柱上。此外，新轴承的强度也要明显高于之前使用的由标准PLA制成的轴承。
 

解决方案

最终，Scaled 3D选择iglidur I150-PF耐磨线材作为新轴承的制作材料。这种线材在大幅面打印机中非常易于加工，且在滑动应用中具有良好的机械性能（强度、硬度、层粘合度）。轴承则被改装成五件式滚珠轴承，作为原型进行初始测试。测试结果表明，这种轴承在旋转过程中产生的偏心负载下的间隙非常小。开发阶段的测试也非常重要，因为最终部件也使用的是相同的工艺进行制造。
 

“变色龙”项目——定制化、可持续的应用

为了开发出一种完全由3D打印而成的车辆，Scaled 3D公司推出了“变色龙”项目。该项目的根本理念是将大批量生产转变为快速、定制化生产。同时，无工具的增材制造工艺使得使用回收材料进行制造成为可能。Scaled 3D公司表示，他们未来很有可能会完全使用回收材料来制造3D打印车辆及其部件。目前，其变色龙项目团队已成功在该公司2020年生产的第一批原型中使用30%的回收材料。3D打印可快速制造部件这一点对该项目意义重大：打印一个大型部件（1.375公斤）最长需要83分钟，这意味着这些部件可在一天内绘制、打印并测试。3D打印相较于铣削和注塑成型等制造工艺的巨大速度优势以及其高部件几何形状设计自由度都使得车辆开发具有很高的自由度。
 

用于转向系统的轴承也通过大幅面打印机制造

快速找到合适的轴承

为了全面了解iglidur I150线材的耐磨特性，该公司首先对部件进行小幅面打印后测试。首先打印的是嵌套的圆柱形轴承，与其他材料相比，iglidur I150轴承的表面虽然未经处理，但是已经具有很高的质量。然后对部件进行大幅面打印，这种部件的其中一个特点是它们拥有很高的表面质量。之后，将轴承改为滚珠轴承，制作材料仍然选择iglidur I150。事实证明，I150内外圈和滚珠轴承保持架搭配使用可以实现低摩擦运行。最终，五件式滚珠轴承被构建出来。
 

滚珠轴承原型：左侧为由常规塑料制成的滚珠轴承，右侧为由iglidur I150制成的滚珠轴承

易格斯全能型耐磨线材——iglidur I150

对iglidur I150滚珠轴承测试后发现，这种轴承在旋转过程中产生的偏心负载下的间隙非常小。为了匹配变色龙项目的转向系统，我们随后开发了一个双轴承系统。Scaled 3D公司表示，iglidur I150打印轴承的质量可与ASA相媲美，同时远优于传统的PLA轴承。尽管轴承的层高达1毫米，但是其表面却非常光滑。除了部件的质量很高外，部件可轻松装配这一点也让该公司十分满意。iglidur I150耐磨线材既适用于小型应用，也可用于大幅面打印项目。它具有良好的机械性能，因而可用于大多数应用和3D打印机上。此外，这种线材还符合欧盟10/2011食品法规，因此可用于食品行业和包装行业的应用。
 

iglidur I150耐磨线材可用于所有3D打印机上。