3D打印高精度、坚固齿轮——用于天文摄影的高性价比部件

• 所需产品：一个齿轮箱，可全天候360°旋转带相机和镜头的设备
• 制造方法：线材挤压 （FDM）
• 要求：性价比高、转速多样但精准、设备强度高
• 所用材料： iglidur I150
• 行业：天文摄影
• 通过合作取得的成功：高精度、强度和耐磨性，采用止推垫圈，摩擦低

包含齿轮箱和外部控制面板在内的机制必须确保相机和望远镜能稳定地旋转。

应用概览：
天文摄影是指通过长时间曝光使各种天体成像并存储在合适的介质上。任何修改过数码或手机相机曝光时间的人肯定都知道，这种长时间曝光拍摄的照片可能会因细微的变化而变得模糊不清。因此，地球自转对于需要长时间曝光的天文摄影来说是一大挑战。为此，vhw Digitalart公司的van Hove开发了一种设备，它可以补偿地球自转，从而使天体图案可以真实地呈现出来。用于此设备的塑料齿轮箱要求能旋转360度，且旋转要全天候精准进行，同时它还要具有高负载能力，以承载带镜头的相机，并要具有高稳固性和高耐磨性。此外，齿轮箱还要能根据要跟踪的天体设置不同的旋转速度。用于电机和电子设备的齿轮和支架采用iglidur I150耐磨线材3D打印制成。之所以会选择这种材料和制造工艺，不仅是因为3D打印部件具有成本优势，易格斯高性能工程塑料的高耐磨性及其适用于旋转和摆动应用的特点也起了重要作用。
 

示例照片：补偿地球自转前后拍摄。

问题

要拍摄曝光长达几个小时的天体照片，必须要对地球自转进行补偿。而为了确保要成像的天体可以一直在相机镜头上聚焦，则只能移动设备和镜头或望远镜以保证天体拍摄稳定。为此，设备的旋转必须非常精准且平稳。此外，由于跟踪时间会随着拍摄对象而变化，所以控制器以及安装在外部的控制面板还要能设置不同的转速。
 

解决方案

van Hove与易格斯密切合作，为其项目找到了合适的材料。他最终选择了齿轮减速比为1:38的RL-D-20旋转轴承，它具有很高的负载能力和高精度。其中，3D打印齿轮和支架采用iglidur I150耐磨线材制成，因而具有高强度和出色的耐磨性。这种材料特别适用于具有低滑动速度的应用。齿轮箱的齿轮减速比为1:243。此外，这种3D打印齿轮的摩擦更小，而且得益于部件之间的两个止推垫圈，它们可实现无损耗旋转。当谈到与易格斯的合作时，van Hove表示双方的合作“一如既往地非常成功”。

天文摄影的工作原理

天文摄影是指通过可见光使夜空中的天体、星云以及其他物体成像，然后将其存储在各种介质上的拍摄技术。用于天文摄影的相机朝向地理北极，与地轴平行。相机的倾斜角度与纬度对应。拍摄此类照片通常要曝光长达数小时的时间，因此相机必须能够适应地球自转。否则，相机将无法拍摄到物体的实际形状，而只能拍摄到一些线条。为此，可以使用跟踪器补偿地球自转，前提是跟踪器的旋转速度要能精准对应地球自转。而且它还要能根据要跟踪的对象设置不同的旋转速度。对于恒星来说，地球自转一圈的时间为23小时56分4秒。而对于月球和太阳来说，这一时间则分别为24小时52分28秒和24小时。
 

齿轮箱的齿轮见视频下方

高负载下仍具有高精度

该设备必须要能全天候旋转360°，同时它还要能在整个过程中承载相机和镜头或望远镜的全部重量。根据相机尺寸、型号和设备的不同，设备的负载最高可达4公斤。其中，该设备旋转的高精度通过齿轮减速比为1:38的旋转轴承实现。这种轴承具有至少1百万次循环的长机械使用寿命，从而确保整个系统的使用寿命较长。该设备中的齿轮使用的是由耐磨的iglidur I150塑料制成、减速比为1:243的3D打印齿轮，齿轮和齿轮之间使用了止推垫圈，从而使其强度更高，使用寿命更长。
 

用于电机和电子设备的齿轮和支架采用iglidur I150耐磨线材制成。

iglidur I150——具有诸多优势的耐磨线材

经过耐磨优化的iglidur I150线材易于加工，且可通过FDM工艺在所有3D打印机上进行加工。这种高性能工程塑料不仅在低滑动速度下高度耐磨，还具有出色的机械性能，且符合欧盟10/2011食品法规，因而可直接与食品接触。此外，它内含固体润滑剂，因而无需维护，同时它还具有高强度和很强的层附着力，因而可用于大多数应用。
 

特写：由iglidur I150制成的齿轮以及齿轮之间的止推垫圈。