Addytywna produkcja łożysk tocznych

Choć łożysko jest niewielkim elementem, odgrywa naprawdę ogromną rolę, jeśli chodzi o budowę maszyn, wykorzystywanych w wielu gałęziach przemysłu.

Zamontowane w maszynie lub konstrukcji łożysko podtrzymuje inną część, jednocześnie umożliwiając jej ruch. Gdyby zabrakło tego elementu, wszystkie siły działające na element obracający się miałyby bardzo negatywny wpływ na niego, w rezultacie czego szybko uległby on uszkodzeniu. Dzięki łożyskom siły są przenoszone na strukturę całego mechanizmu (maszyny), co pozwala je w pewnym stopniu zneutralizować.

Elementy łożysk produkowane przez Bowman International w technologii HP MJF 3D

W ostatnich latach obserwuje się dynamiczny rozwój kształtowania części ze spiekanych proszków metali oraz tworzyw sztucznych. Wynika to z faktu, że zaspokajają one zapotrzebowanie na innowacyjne technologie i nowe materiały konstrukcyjne, zgłaszane głównie przez przemysł motoryzacyjny i lotniczy. Technologie spiekania proszków i tworzyw sztucznych dają szerokie możliwości kształtowania wyrobów o określonych właściwościach mechanicznych, fizycznych i eksploatacyjnych. Modyfikacja części porowatych mikro i nanocząstkami smarów stałych podwyższa ich właściwości przeciwzużyciowe. Ze względu na możliwość minimalizacji kosztów, istotną zaletą tych technologii jest również niewielkie jednostkowe zużycie energii, przy produkcji seryjnej i masowej oraz prawie całkowite wykorzystanie materiału.

Wraz z rozwojem tworzyw sztucznych coraz więcej producentów wytwarza zarówno kulkowe jak i ślizgowe łożyska z polimerów. Cieszą się szerokim uznaniem użytkowników ze względu na niską masę i stosunkowo dużą wytrzymałość. Są one bezsmarowe i bezobsługowe, odporne na uderzenia, przeznaczone do aplikacji pracujących na sucho i gwarantują długą żywotność w połączeniu z niską ceną.

Bowman International jest wiodącym producentem i dostawcą łożysk ślizgowych w całej Europie. Oferuje szereg łożysk i części spiekanych do zastosowań we wszystkich branżach – od mniejszych, o standardowych rozmiarach, po te jednorazowe do konkretnych projektów, spełniających indywidualne potrzeby produkcyjne zleceniodawców.

Bowman International pionierem wykorzystania druku 3D w produkcji łożysk

Koszyki łożyskowe mogą być jednym z najbardziej znaczących czynników wpływających na wydajność łożyska i są również jego najbardziej złożoną częścią. Jako takie są trudne do wytworzenia tradycyjnymi metodami. Standardowa gama koszyków Bowmana – dostępnych na rynku w 17 różnych rozmiarach – dotychczas była produkowana przy użyciu stali, brązu lub aluminium, z których wszystkie mogą powodować hałas i wibracje podczas pracy, pogarszając trwałość materiału, a tym samym jakość części.

Łożyska produkowane przez Bowman International – materiał PA11, technologia HP MJF 3D

Niezwykle skomplikowane geometrie uniemożliwiły firmie Bowman zastosowanie tradycyjnych procesów, takich jak formowanie wtryskowe, do wytworzenia tysięcy koszyków łożyskowych, które produkuje miesięcznie. Uszczelki łożysk dzielonych były wcześniej wytwarzane z aluminium, co może prowadzić do uszkodzenia stalowych obudów oraz utrudnić montaż i demontaż. Łożyska pracują ponadto w środowiskach, w których części muszą być regularnie konserwowane, a zminimalizowanie czas przestoju jest na wagę złota – łożyska wymagają zatem uszczelek, które można łatwo i szybko zmontować.

Inżynierowie z firmy Bowman początkowo używali druku 3D w technologii SLS do opracowywania swoich nowych produktów, ale w SLS jest duże prawdopodobieństwo wypaczenia i niespójnych właściwości mechanicznych końcowych części, więc ta metoda nie sprawdzała się w produkcji niezawodnych części produkcyjnych. W obliczu tego wyzwania Bowman szukał nowych sposobów projektowania i produkcji komponentów, a następnie zdecydował się na HP Multi Jet Fusion (MJF) jako odpowiednią technologię do rozpoczęcia produkcji prototypów, a następnie produkcji seryjnej, szczególnie w przypadku koszy i uszczelnień łożysk.

Kosze „Rollertrain”

Bowman wykorzystał technologię HP MJF do stworzenia specjalnie zaprojektowanego kosza łożyska „Rollertrain”, o konstrukcji blokującej, w której elementy toczne łączą ze sobą każdą sekcję kosza. Dzięki swojej zoptymalizowanej konstrukcji, przestrzeń na obwodzie kosza pozwala dodać więcej rolek, co oznacza, że obciążenie można rozłożyć na większą liczbę elementów tocznych, zwiększając w ten sposób ich wydajność. Dzięki pozornemu wzrostowi nośności łożysk dzielonych o 70% i zwiększonej żywotności do 500%, Bowman wierzy, że może teraz lepiej służyć aplikacjom, które wymagają wyższej nośności lub dłuższej żywotności, bez konieczności zmiany innych część zespołu łożyska.

Konstrukcja blokująca Rollertrain wykonana w technologii HP MJF 3D w Bowman International

Zaobserwowano ponadto, że zastosowanie materiału HP PA 11 skutkuje częściami, które oferują lepsze wydłużenie przy zerwaniu, co ma krytyczne znaczenie podczas montażu części, a także ulepszone właściwości izotropowe.

Dzięki tej poprawionej wydajności, komponenty wymagają mniej konserwacji, a maszyny zużywają mniej części zamiennych. Firma była zatem w stanie ograniczyć magazynowanie części zapasowych nawet o 75%. Odporność na zużycie, oferowana przez HP PA 11, ułatwia montaż uszczelek i ich tańszą produkcję, co jest olbrzymią zaletą w przypadku zastosowania w potencjalnie trudnym środowisku przemysłowym. PA 11 charakteryzuje się ponadto niskim współczynnikiem tarcia, przez co produkcja elementów łożysk jest jeszcze bardziej uzasadniona.

Dzięki produkcji koszyków łożyskowych w technologii HP MJF 3D, przedłużyli także żywotność tradycyjnego łożyska dzielonego 3 do 5 razy. Nowo zaprojektowane łożysko dzielone ma teraz drukowane koszyki łożysk 3D, które nie tylko zwiększają obciążenia promieniowe o 70%, ale również osiowe nawet o 1000%.

Wykorzystanie technologii HP Jet Multi Jet przez firmę Bowman International ilustruje, w jaki sposób rynek produkcji części jest naprawdę rewolucjonizowany przez druk 3D.