프로토타입에서 최종 제품까지 - 3D 프린터로 제작되어 바로 설치 가능한 볼 베어링

• 무엇이 필요했을까요? 3D 프린팅 차량의 스티어링을 위한 플레인 베어링
• 제조 방법 필라멘트 압출(FDM)
• 요구사항: 낮은 클리어런스, 고강도, 높은 내마모성
• 재질: 이글리듀어 i150
• 산업 분야 자동차 산업
• 협업을 통한 성공: 우수한 표면 품질, 공구 없이 3D 프린팅을 통한 빠른 생산, 더 많은 개발 시간, 베어링의 간극이 거의 또는 전혀 없음

애플리케이션 한눈에 보기:
영국에 본사를 둔 Scaled 3D는 "카멜레온" 프로젝트를 통해 3D 프린팅 부품으로만 제작된 4륜 자동차를 개발했습니다. 차량 테스트 과정에서 스티어링 시스템 디자인이 부정적인 관심을 끌었습니다. 스티어링 베어링의 간격이 너무 넓고 마모가 심했기 때문입니다. 3D 프린팅을 그대로 적용하기 위해 회사는 베어링 포인트에 더 적합한 견고하고 내마모성이 강한 소재를 찾기 시작했습니다. 개발팀은 iglidur i150 트라이보필라멘트로 크고 작은 다양한 형식의 테스트를 거쳐 마침내 기존 플라스틱으로 만든 베어링보다 간극이 매우 적고 내마모성이 훨씬 뛰어난 5개의 부품으로 구성된 플레인 베어링을 설계했습니다. 이를 통해 베어링이 3D 프린터에서 계속 나와야 한다는 조건을 충족할 수 있었습니다.

차량의 스티어링 시스템은 간격이 너무 커서 빠르게 부정확해졌습니다. 또한 빨리 마모될 위험도 있었습니다. 따라서 차량의 나머지 부분의 기존 형태에 맞는 훨씬 적은 간격의 스티어링 베어링을 만들어야 했습니다. 일반 베어링 깊이는 20mm를 넘지 않아야 했습니다. 또한 두 베어링 중 아래쪽 베어링은 양쪽 끝에 두 세트의 방사형 볼트가 있는 스티어링 칼럼에 장착할 수 있도록 내부 링이 분할되어 있어야 했습니다. 또한 부품은 이전에 설치된 표준 PLA 베어링보다 훨씬 더 큰 강도를 가져야 했습니다.

Scaled 3D는 "카멜레온" 프로젝트에 적합한 소재를 마찰학적으로 최적화된 iglidur i150-PF 트라이보 필라멘트에서 찾았습니다. 이 필라멘트는 대량 프린터에서 매우 쉽게 가공할 수 있으며 슬라이딩 응용 분야에서 강도, 인성 및 층 접착력 측면에서 우수한 기계적 특성을 제공합니다. 베어링은 처음에 프로토타입으로 테스트한 5피스 볼 베어링으로 변환되었습니다. 테스트 결과, 회전 중 편심 하중에서 베어링의 클리어런스가 매우 낮았습니다. 최종 부품이 동일한 공정으로 제조될 것이기 때문에 개발 단계의 테스트는 이미 매우 의미 있는 것이었습니다.

영국의 "카멜레온" 프로젝트의 주요 목표는 3D 프린터로만 제작되는 자동차를 개발하는 것이었습니다. 이 프로젝트의 아이디어는 대량 생산에서 고객 맞춤형의 빠른 생산으로 전환하는 것이었습니다. 동시에 무공구 적층 제조를 통해 재활용 소재를 사용할 수 있도록 하는 것이 목표였습니다. Scaled 3D에 따르면 앞으로는 3D 프린팅 차량과 구조물에 100% 재활용 소재를 사용할 수 있게 될 것이라고 합니다. 지금까지 카멜레온 팀은 2020년 첫 번째 프로토타입에서 30%의 재활용 소재를 사용해 작업했습니다. 대형 부품(1.375kg)의 경우 최대 83분의 프린팅 시간으로 당일에 부품을 드로잉, 프린팅, 테스트할 수 있다는 점이 이 프로젝트에 특별한 이점으로 작용했습니다. 밀링 및 사출 성형과 같은 공정에 비해 속도가 매우 빠르다는 이점은 차량 개발의 자유도에 매우 긍정적인 영향을 미쳤으며, 부품 형상의 설계 자유도가 이를 뒷받침했습니다.

iglidur i150 트라이보 필라멘트의 마찰 특성을 파악하기 위해 먼저 작은 형태로 부품을 테스트했습니다. 먼저 중첩된 실린더를 프린팅했는데, 처리되지 않은 표면은 이미 다른 소재에 비해 매우 우수한 품질을 보였습니다. 그런 다음 부품을 대형 포맷으로 프린트했는데, 표면 품질이 우수한 것이 인상적이었습니다. 그런 다음 교체할 볼 베어링을 iglidur i150에서 다시 인쇄했습니다. I150 레이스와 볼 베어링 케이지가 저마찰 작동을 위한 좋은 슬라이드 파트너임이 입증되었습니다. 결국 5피스 볼 베어링이 탄생했습니다.

iglidur i150 볼 베어링을 테스트하는 동안 회전 중 편심 하중에서 클리어런스가 매우 낮았습니다. 그 후 카멜레온 스티어링 시스템에 맞는 이중 베어링 시스템이 개발되었습니다. Scaled 3D에 따르면 iglidur i150 베어링의 프린트 품질은 ASA와 비슷하며 기존 PLA보다 훨씬 우수합니다. 1mm의 레이어 높이에도 불구하고 표면 마감은 매우 우수했습니다. 이 회사는 우수한 부품 품질 외에도 부품의 손쉬운 조립에 만족하고 있습니다. 트라이보 필라멘트는 소형 애플리케이션과 대형 프린터를 사용하는 프로젝트 모두에 적합합니다. 기계적 특성이 우수하여 대부분의 응용 분야와 3D 프린터에 적합합니다. iglidur i150은 또한 EU 규정 10/2011에 따라 식품 규정을 준수하며 식품 및 포장 산업의 응용 분야에 적합합니다.