3D-geprinte reserve-onderdelen voor klassieke auto's van verbazingwekkend goede kwaliteit

• Wat er nodig was: vervanging van wormwiel in de kilometerteller van een klassieker
• Productiemethode: selectief lasersinteren met lasersinter-poeder
• Vereisten: levensduur, precisie, lage prijs
• Materiaal: iglidur i6
• Industrie: automotive
• Succes door samenwerking: uitstekende precisie; geen abrasie; snelle kosteneffectieve productie; geen smering

De toepassing in één oogopslag:
het vinden van reserve-onderdelen voor klassiekers is doorgaans moeilijk, zo niet onmogelijk. Het is een bekend probleem en met name lastig voor exotische voertuigen en zeldzame modellen. Dr. Jörg Pühler, eigenaar van een 1924 Stanley 750B, was op zoek naar een vervangend onderdeel voor de mijlenteller in zijn snelheidsmeter.
Het originele onderdeel functioneerde niet meer, door slijtage en werkzaamheden uitgevoerd aan de auto door de vorige eigenaar. De igus online 3D-printservice bood een oplossing: de vereiste as, met wormwiel en tandwiel, werd snel en kosteneffectief geprint uit het slijtvaste iglidur i6 kunststof voor lasersinteren.
 

Vergelijking van het metalen wormwiel (oud) en 3D-geprint polymeer wormwiel gemaakt van iglidur I6 (nieuw). Bron: Dr. Jörg Pühler

Probleem

In de Stewart Warner  snelheidsmeter, functioneerde het tandwiel op de eerste tussen as dat aangrijpt op het wormwiel in de ingaande as niet goed genoeg meer.  Het rondsel greep niet langer aan op het wormwiel. Vanwege de werkzaamheden die waren uitgevoerd aan de snelheidsmeter door de vorige eigenaar was het onmogelijk de juiste afmetingen te bepalen. De productie van een vervangend onderdeel vereiste verschillende pogingen en een materiaal dat stabiel was, een hoge nauwkeurigheid mogelijk maakte en geschikt was voor continu gebruik.  

Oplossing

Met de igus 3D-printservice werd een volledig werkend vervangend onderdeel gemaakt van iglidur I6. Dankzij de snelle en voordelige productie met de laser sinter-methode, was het eenvoudig voor de eigenaar van de klassieke auto om verschillende varianten van het component in de praktijk te testen. Dankzij het hoogwaardige polymeer dat wordt gebruikt met geïntegreerde vaste smeermiddelen, hoeft het component niet langer gesmeerd te worden. Zelfs na meer dan 2000 afgelegde mijlen zijn er nog geen tekenen van slijtage zichtbaar.  

Waardoor raakte het wormwiel in de snelheidsmeter versleten?

De snelheidsmeter van een Stanley 750B klassieker, gebouwd in 1924 werkte niet langer - de mijlenteller was defect. De oorzaak van het defect werd gevonden door de eigenaar. Het was het tandwiel dat zich bevond op de eerste tussenas en dat aangreep op het wormwiel op de ingaande as. Door slijtage greep het rondsel niet langer aan op het wormwiel.
 
Het probleem werd veroorzaakt door het uit drie secties bestaande metermechanisme: de wijzers hadden een axiale speling van ca. 0,2 mm en er was geen veerring die de wijzers tegen elkaar drukte. Incidenteel schoot een kleiner overdrachtstandwiel tussen de wijzers en blokkeerde het telmechanisme. Een iets gebogen, 0,1 mm dikke messing ring gemonteerd aan de zijkant elimineerde de axiale speling zodat de blokkade niet langer optrad.

Voor Stewart Warner's snelheidsmeter, Chicago, type M-9 , was het in eerste instantie niet mogelijk een vervangend onderdeel te kopen. Bron: Dr. Jörg Pühler

Verschillende pogingen om een werkend vervangend onderdeel te kopen

Nadat de oorzaak van het defect was geëlimineerd, was het mogelijk te werken aan het produceren van een vervangend onderdeel. Met behulp van de FreeCAD software, slaagde Dr. Pühler er in een CAD-bestand te maken met een 3D-model van het component dat nodig was. De eerste bestelling via de igus 3D-printservice werd zonder problemen verwerkt en het vervangende onderdeel werd binnen slechts enkele dagen ontvangen. 
 
Het materiaal was stabiel en zelfs de kleinste details waren perfect gereproduceerd. De as paste direct in de lagers en het wormwiel voor de uitgang paste precies. Echter, het bleek dat de oorspronkelijke rondsel zo versleten was geraakt dat de geschatte afmetingen van het tandwiel te klein waren.  

De schade aan het originele component was zo groot dat het niet eens mogelijk was om de afmetingen correct te bepalen. Bron: Dr. Jörg Pühler

Test van 3D-geprint vervangend onderdeel: zal het de duurtest doorstaan?

Er hoefde slechts één parameter in het CAD-model gewijzigd te worden, waarna de tweede versie snel naar de printafdeling werd gestuurd.  Het tweede exemplaar liep ook heel goed en doorstond een korte duurtest. Omdat het een iets mindere werking begon te vertonen bij lage toerentallen, moest een derde versie met een aangepaste tandwielmodule en spiraalhoek worden gemaakt. Het derde exemplaar werkte perfect en greep correct aan.
 
Een groot voordeel van additieve productie is dat wijzigingen snel en met weinig moeite geïmplementeerd kunnen worden. De aanpassing van het digitale model en ook het gemakkelijke online bestelproces en snelle productie maken het mogelijk snel en kosten-effectief aanpassingen van prototypen te implementeren.
 
De moeilijkheid met de productie van reserve-onderdelen door middel van 3D-printen is vaak het maken van een geschikt 3D-model. Op het internet zijn er talloze tutorials en gratis online tools voor het maken van CAD-modellen. Ook op de igus websites zijn er verschillende gratis CAD-configuratoren welke onervaren gebruikers kunnen gebruiken voor onder andere tandwielen, lagers en trapezium spindelmoeren. Mensen die dit werk niet zelf willen doen kunnen hulp vinden voor het ontwerpen van 3D-geprinte vervangende onderdelen op de websites van online workshops voor amateurs en andere reparatie-initiatieven.  

Testbank – test van 3D-geprint wormwiel gemaakt van I6. Bron: Dr. Jörg Pühler

3D-geprinte reserve-onderdelen voor klassieke auto's van verbazingwekkend goede kwaliteit

Nadat de as grondig was getest op de proefopstelling, werd deze gemonteerd in de snelheidsmeter, welke op haar beurt weer in de klassieke auto werd gemonteerd. Een belangrijk voordeel van iglidur i6 zijn de vaste smeermiddelen die in de kunststof zijn verwerkt, omdat de gebruiker dankzij deze smeermiddelen de onderdelen niet hoeft te smeren - zelfs niet als het onderdeel waar het contact mee maakt van metaal is. 

Na meer dan 2.000 mijl in gebruik te zijn geweest, is het geprinte wormwiel nog steeds in goede staat zonder duidelijke tekenen van slijtage. De minimale sporen van metaalabrasie die zichtbaar zijn in de foto zijn afkomstig van het aandrijfwormwiel en werden veroorzaakt in de startfase van de test maar zijn bij verder gebruik niet waarneembaar gewijzigd.

Zelfs na 2000 mijlen vertoont het wormwiel geen tekenen van abrasie. Bron: Dr. Jörg Pühler