3D 프린터로 제작하는 내마모성 클락워크 부품

• 필요한 것 기계식 시계용 부품
• 제조 공정: 필라멘트 압출(FDM)
• 요구 사항: 높은 내마모성, 우수한 기계적 특성, 디테일 정확도
• 재질: 이글리듀어® i150
• 산업: 모델 제작
• 협력을 통한 성공: 내마모성 향상, 부품의 수명 연장, 이스케이프먼트 및 전체 무브먼트의 보다 규칙적인 작동 가능

한눈에 보는 애플리케이션:
유겐트 포르슈트 프로젝트의 일환으로 카이 슈미트-브라운스는 3D 프린팅이 가능한 무브먼트를 제작하고 기계식 무브먼트 이스케이프먼트의 수학적으로 계산된 프로파일 커브를 경험적으로 결정된 프로파일 커브와 비교했습니다. 각 프로파일 곡선을 테스트하기 위해 그는 수학적 모델을 기반으로 기계식 무브먼트를 프린팅했습니다. 볼프스부르크의 이 학생은 기존 PLA로 만든 부품을 사용한 테스트 외에도 트라이보필라멘트(® iglidur® i150)로 만든 부품으로 다양한 프로파일 커브를 테스트했습니다. 그 결과 igus® 소재를 사용한 이스케이프먼트의 성능이 더 우수하다는 것을 확인했습니다. 마찰학적으로 최적화된 필라멘트 덕분에 특히 높은 기계적 하중에 노출되는 부품은 기존 PLA로 만든 부품보다 훨씬 더 긴 수명과 더 규칙적인 작동을 달성할 수 있었습니다.

기계식 무브먼트가 정밀하게 작동하려면 메커니즘의 모든 구성 요소의 형상을 정확하게 결정하고 움직이는 부품 간의 마찰을 최소화해야 합니다. 카이 슈미트-브라운스 프로젝트의 목표는 3D 프린팅이 가능한 무브먼트의 이스케이프먼트 메커니즘을 설계한 다음 수학적 모델을 사용하여 그 형상을 결정하는 것이었습니다. 수학적 모델을 통해 보다 규칙적인 무브먼트가 만들어졌지만, 무브먼트를 더욱 정확하게 만들 수 있는 다른 방법이 없을까 하는 의문이 생겼습니다. 기존 PLA로 3D 프린팅한 부품을 사용한 테스트에서는 와인딩 메커니즘의 래칫(래칫 휠과 래칫 링으로 구성)과 같이 하중이 많이 가해지는 부품의 수명이 특별히 높지 않았습니다.

기존 PLA로 만든 무브먼트로 테스트한 후, 카이 슈미트 브라운은 주요 부품을 igus® 트라이보필라멘트® iglidur® i150으로 인쇄한 시편으로 교체했습니다. 비교 결과, iglidur® i150으로 제작된 부품 간의 미끄럼 및 정적 마찰이 현저히 감소한 것으로 나타났습니다. 또한 igus® 소재의 높은 내마모성 덕분에 래칫의 수명이 늘어나고 이스케이프먼트가 보다 규칙적으로 작동하는 것이 관찰되었습니다.

유겐트 포쉬트는 초등학교 4학년부터 21세까지의 학생을 대상으로 하는 독일의 젊은 인재 경연 대회입니다. 참가자는 수학, 컴퓨터 과학, 자연과학 분야에서 자신이 선택한 문제를 직접 해결하고 제출할 수 있습니다. 이 대회의 일환으로 볼프스부르크의 카이 슈미트 브라운(Kai Schmidt-Brauns)은 3D 프린팅이 가능한 이스케이프먼트 메커니즘의 부품의 정확한 형상을 결정하기 위한 수학적 모델을 만들었습니다. 특히 여기에는 프로파일 휠의 프로파일 커브가 포함되었으며, 그는 잘 정의된 파라미터를 통해 이를 계산할 수 있었습니다. 시계의 이스케이프먼트는 시계의 정확성을 결정하는 부품입니다. 이스케이프먼트 메커니즘 "은 예를 들어 앵커의 도움으로 기어 트레인을 일정한 간격으로" 억제하고 시계의 1분이 1분에 해당하며 때로는 61초, 때로는 55초가 걸리지 않도록 보장합니다. 프로젝트의 다음 단계에서 카이 슈미트 브라운은 계산된 프로파일 곡선과 경험적으로 결정된 프로파일 곡선을 비교했습니다. 그는 계산된 프로파일 곡선을 사용한 움직임이 경험적으로 결정된 프로파일 곡선보다 더 규칙적인 속도를 가지고 있다는 것을 발견했습니다.

카이 슈미트 브라운은 수학적 공식과 경험적으로 결정된 프로파일 곡선을 비교하는 것 외에도 다양한 소재의 이스케이프먼트를 테스트했습니다. 그 결과 트라이보필라멘트® iglidur® i150을 선택했습니다. 40°C의 베드 온도, 0.1mm 층 높이에서 30mm/s의 프린팅 속도, 250°C의 압출기 온도에서 igus® 의 필라멘트를 사용하여 최상의 결과를 얻었습니다. 또한 기존 PLA와 비교하여 테스트 실행 중에 이스케이프먼트가 훨씬 더 규칙적으로 움직이는 것을 확인할 수 있었습니다. 이스케이프먼트의 결과 외에도 마찰학적으로 최적화된 필라멘트는 하중이 많이 가해지는 부품의 내마모성을 개선할 수 있었습니다. 시계의 와인딩 메커니즘에 위치한 래칫의 폴링(사진 참조)은 iglidur® i150보다 기존 PLA로 훨씬 더 자주 교체해야 했습니다. 또한 iglidur® i150으로 인쇄한 나선형 스프링을 사용한 테스트를 통해 기존 PLA 소재에 비해 더 높은 인성과 유연성을 기록할 수 있었습니다.

® igus® 는 3D 프린팅을 위해 마찰학적으로 최적화된 다양한 필라멘트를 제공합니다. 이들 제품은 모두 높은 내마모성으로 인해 슬라이딩 어플리케이션에 적합하다는 공통점이 있습니다. iglidur® i150은 PLA 및 PETG 필라멘트와 같이 매우 쉽게 가공할 수 있습니다. igus® 시험 연구소의 마모 테스트에서 igus® 트라이보필라멘트는 PLA 및 ABS와 같은 기존 플라스틱보다 최대 50배 더 우수한 성능을 보였습니다(이미지 참조). 또한 EU 규정 10/2011에 따라 식품 규정을 준수하므로 식품 및 포장 산업의 해당 애플리케이션에 적합합니다. 다재다능한 필라멘트는 가공이 쉬워 인쇄 초보자에게 특히 적합합니다. 3D 프린팅 서비스는 전문가의 도움이 필요한 경우 1~3일의 배송 시간으로 언제든지 이용할 수 있습니다.