3D打印耐磨发条部件

• 所需产品：用于机械发条的部件
• 制造方法：线材挤压（FDM）
• 要求：耐磨性好，机械性能出色，细节精度高
• 所用材料： iglidur I150
• 行业：模型制作
• 为客户带来的益处：耐磨性提高，部件的使用寿命显著增加，擒纵机制以及整个系统的运行更规律

应用概览：
作为Jugend Forscht项目的一部分，Kai Schmidt-Brauns构建了一个完全可3D打印的发条，并将机械发条擒纵机制的数学计算轮廓曲线与根据经验得出的轮廓曲线进行了对比。为了测试不同的轮廓曲线，他根据自己创建的数学模型打印了一个机械发条。除了对使用传统的PLA制成的部件进行实验之外，这位来自德国沃尔夫斯堡的学生还对由iglidur I150耐磨线材制成的部件进行了测试，以比较两种部件的轮廓曲线的差异。结果表明，采用易格斯材料制成的部件的擒纵系统性能更好。与使用传统PLA制成的部件相比，采用耐磨线材制成的的部件可以承受更高的机械负载，它的使用寿命也更长，运行也更规律。
 

机械发条正面：能量储存在上条机构中

问题

为了使机械发条准确运行，必须精确确定整个机制中所有部件的几何形状，同时尽可能降低移动部件之间的摩擦。Kai Schmidt-Brauns项目旨在为3D可打印发条设计擒纵机构，并通过数学模型确定其几何形状。 虽然使用数学模型可以使发条的运动更加规律，但该项目希望寻找到其他可以使发条更加准确的方法。 此外，在对由传统的PLA材料制成的3D打印部件进行测试后发现，如电梯中的棘轮（包括棘齿和轮缘）之类的受力较大的部件并没有很长的使用寿命。

解决方案

在对传统的PLA材质的发条测试后，Kai Schmidt-Brauns选择了由易格斯iglidur I150耐磨线材制成的打印样本替换了其中的关键部件。对比之后发现，由iglidur I150制成的部件之间的滑动摩擦和静摩擦显著降低。此外，由于易格斯材料具有高耐磨性，所以使用这些材料后，使用寿命增加，运行也更加规律。

完全由3D打印而成的精确发条

Jugend Forscht是在德国举办的一项竞赛，参赛者都是年龄在4至21岁的年轻研究人员。参赛者可以提出数学、计算机科学或自然科学领域中的一个问题并对其进行研究。作为本次比赛的一部分，来自沃尔夫斯堡的Kai Schmidt-Brauns首先建立了一个数学模型，以精准确定3D可打印擒纵机制部件的几何形状。尤其是轮廓曲线，对此，他能够通过定义好的参数将其计算出来。手表的擒纵结构是决定手表精度的关键部分。擒纵机制“控制”齿轮系使其运行精准，比如在擒纵叉的帮助下，它可确保时间每过一分钟，时钟也走过一分钟，而不是61秒或55秒。然后，Kai Schmidt-Brauns将计算出的轮廓曲线与根据经验确定的轮廓曲线进行了比较。结果发现，按照计算出的轮廓曲线进行的运动比按照根据经验确定的轮廓曲线进行的运动更有规律。

机械发条背面：最左边是轮廓轮，其轮廓曲线必须要被精准确定

使用iglidur I150实现更精准运行

除了将通过数学公式计算出的轮廓曲线与根据经验确定的轮廓曲线进行比较，Kai Schmidt-Brauns还对擒纵机制的不同制作材料进行了测试。最终他决定使用iglidur I150耐磨线材作为其擒纵机制的制作材料。测试中，他发现，使用易格斯线材且在床温为40°C，打印速度为30mm/s，层高为0.1mm，挤出机温度为250°C的测试条件下，测试结果最佳。此外他发现，在试运行期间，与传统的PLA相比，使用此材料制成的擒纵机制运行更规律。不仅如此，经过摩擦优化的线材的耐磨性也更佳，因而可以提高一些重负荷部件的性能。而且与传统的PLA相比，使用iglidur I150后，位于发条的上弦结构中的棘轮轮缘（见图）也不必再频繁地更换。此外，通过将使用iglidur I150打印而成的螺旋弹簧与由传统的PLA制成的螺旋弹簧进行比较测试后发现，前者的韧性和柔性要优于后者。

由棘齿和轮缘组成的iglidur I150材质的棘轮

使用易格斯耐磨线材延长应用的使用寿命

除了iglidur I150之外，易格斯还提供很多其他种类的3D打印耐磨线材。这些线材有两个共同特点，即高耐磨性和适用于滑动应用。同PLA和PETG线材一样，iglidur I150也可以被轻松地加工出来。但是它的性能要比PLA和ABS等传统塑料高50倍（见图），这一点已在易格斯内部测试实验室中经过测试证明。此外，这种易格斯线材还符合欧盟10/2011食品安全标准，因此可用于食品行业和包装行业。而且因为这种全能型线材易于加工，所以它特别适合3D打印新手。线材的交付期为1-3天，如果您需要专家帮助，可以随时使用我们的3D打印服务。

iglidur I150磨损测试：Y轴=磨损率[μm/km] 1. iglidur I150 2. iglidur I180 3. PLA 4. ABS；测试参数（直线运动）：v=0.1m/s、p=1MPa；轴材料：硬化钢（Cf53/1.1213）和不锈钢（V2A/1.4301）