Pezzi di ricambio per auto d'epoca stampati in 3D di qualità sorprendente

• Cosa serviva: un ingranaggio senza fine di ricambio nel tachimetro di un'auto d'epoca
• Metodo di produzione: sinterizzazione laser selettiva con polvere SLS
• Requisiti: durabilità, precisione, prezzo ridotto
• Materiale: iglidur I6
• Settore: automotive
• Successo per il cliente: eccellente precisione, senza usura, produzione veloce ed economica, assenza di lubrificanti

Trovare pezzi di ricambio per auto d'epoca è spesso difficile, se non impossibile. Reperire pezzi di ricambio è un problema noto, soprattutto per veicoli esotici e modelli rari. Il dr. Jörg Pühler, proprietario di una Stanley 750B del 1924, cercava un pezzo di ricambio per il contachilometri del tachimetro.
Il pezzo originale era stato rovinato dall'usura e dal lavoro fatto sull'auto dal proprietario precedente. Il servizio di stampa 3D online di igus ha fornito una soluzione: l'albero necessario, con ingranaggio senza fine e ruota dentata, è stato stampato in modo economico e veloce con il polimero resistente all'usura iglidur I6 SLS.

Raffronto di un ingranaggio senza fine in metallo (vecchio) e di un ingranaggio senza fine stampato in 3D con il polimero iglidur I6 (nuovo). Fonte: dr. Jörg Pühler

Problema da risolvere

Nel tachimetro Stewart Warner , la ruota dentata del primo albero intermedio che si accoppiava con l'ingranaggio senza fine sull'albero di ingresso non funzionava più.  Il pignone non si accoppiava più all'ingranaggio senza fine. A causa del lavoro fatto sul tachimetro dal proprietario precedente, era impossibile determinare le dimensioni corrette. La produzione di un pezzo di ricambio ha comportato vari tentativi con un materiale stabile, che offrisse una precisione elevata e adatto a un uso continuo.  

Soluzione

Con il servizio di stampa 3D di igus è stato realizzato un pezzo di ricambio pienamente funzionante in iglidur I6. Grazie alla produzione veloce ed economica con il metodo della sinterizzazione laser è stato semplice per il proprietario dell'auto testare nella pratica diverse varianti del componente. Grazie al polimero ad alte prestazioni impiegato con lubrificanti solidi incorporati, il componente non deve essere più lubrificato. Anche dopo essere stato usato per oltre 3.000 km non sono stati rilevati segni di usura.  

Cosa ha provocato l'usura dell'ingranaggio senza fine nel tachimetro?

Il tachimetro dell'auto d'epoca Stanley 750B del 1924 non funzionava più, il contachilometri era difettoso. Il proprietario si è accorto che la causa del problema era la ruota dentata situata sul primo albero intermedio che si accoppia all'ingranaggio senza fine sull'albero di ingresso. A causa dell'usura, il pignone non si accoppiava più all'ingranaggio senza fine.
 
Il problema era causato dal meccanismo dell'odometro a tre posizioni: i quadranti presentavano un gioco assiale di circa 0,2 mm e non c'era nessuna rondella elastica a premere i quadranti l'uno contro l'altro. Di tanto in tanto una piccola ruota dentata di trasferimento scivolava tra i quadranti e bloccava il meccanismo di conteggio. Una rondella di ottone leggermente curva spessa 0,1 mm inserita lateralmente ha eliminato il gioco assiale, e così il blocco.

Per il tachimetro Stewart Warner, Chicago, tipo M-9, inizialmente non è stato possibile acquistare un pezzo di ricambio. Fonte: dr. Jörg Pühler

Vari tentativi per ottenere un pezzo di ricambio funzionante

Una volta eliminata la causa del problema è stato possibile occuparsi della produzione del pezzo di ricambio. Con l'aiuto del software FreeCAD, il dr. Pühler è riuscito a creare un file CAD con un modello 3D del componente che gli serviva. Il primo ordine con il servizio di stampa 3D di igus è stato elaborato senza problemi e il pezzo di ricambio ultimato è stato ricevuto dopo pochi giorni. 
 
Il materiale era stabile e anche i dettagli più piccoli sono stati riprodotti fedelmente. L'albero si è inserito immediatamente nei cuscinetti e l'ingranaggio senza fine per l'output si ingranava perfettamente. Tuttavia il pignone originale si era usurato al punto tale che le dimensioni stimate della ruota dentata erano troppo piccole.  

Il danno al componente originale era tale che non era possibile neanche determinarne correttamente le dimensioni. Fonte: dr. Jörg Pühler

Test del pezzo di ricambio stampato in 3D: supererà il test di resistenza?

È stato necessario modificare solo un parametro nel modello CAD, quindi la seconda versione è stata subito inviata alla stampa.  Anche il secondo esemplare funzionava abbastanza bene e ha superato un breve test di resistenza. Quando ha cominciato a mostrare un leggero malfunzionamento a bassi regimi, tuttavia, è stato necessario realizzare una terza versione con un modulo con ruota dentata adattato e angolo d'elica. Il terzo esemplare funzionava perfettamente e si ingranava correttamente.
 
Un grande vantaggio della produzione additiva è la possibilità di implementare rapidamente le modifiche, con poco lavoro. L'adattamento del modello digitale e il comodo processo di ordinazione online, insieme alla produzione veloce hanno consentito di implementare gli adattamenti dei prototipi e dei pezzi di ricambio in modo veloce ed economico.
 
La difficoltà della produzione di pezzi di ricambio mediante stampa 3D spesso sta nel creare un modello 3D adeguato. In Internet si trovano numerosi tutorial e strumenti online gratuiti per creare modelli CAD. Anche sul sito di igus vi sono molti configuratori CAD gratuiti che gli utenti inesperti possono utilizzare tra l'altro per ruote dentate, cuscinetti e madreviti trapezoidali. Chi non vuole fare questo lavoro personalmente può chiedere aiuto per progettare pezzi di ricambio stampati in 3D sui siti web delle officine online per appassionati e altre iniziative di riparazione.  

Banco di prova – test di un ingranaggio senza fine stampato in 3D con iglidur I6 Fonte: Dr. Jörg Pühler

Pezzi di ricambio per auto d'epoca stampati in 3D di qualità sorprendente

Una volta testato approfonditamente sul banco di prova, l'albero è stato installato nel tachimetro, che a sua volta è stato rimontato nell'auto d'epoca. Un vantaggio significativo di iglidur 6 è rappresentato dai lubrificanti solidi nel polimero, che consentono all'utilizzatore di evitare la lubrificazione dei componenti, anche se il contropezzo è in metallo.  
 
Dopo essere stato utilizzato per oltre 3.000 km, l'ingranaggio senza fine stampato continua a essere in ottima forma e non mostra segni di usura. Le leggere tracce di usura del metallo visibili nell'immagine vengono dall'ingranaggio senza fine in movimento e si sono formate nella fase iniziale del test, tuttavia non sono cambiate sensibilmente durante l'uso.

Anche dopo 3.000 km l'ingranaggio senza fine non mostra alcun segno di usura. Fonte: dr. Jörg Pühler