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Engranajes de plástico más resistentes al desgaste gracias a la impresión 3D

Publicado el marzo 29, 2021 por Alicia M.
engranajes de plástico

Durante mucho tiempo, los engranajes se han utilizado en una amplia variedad de objetos cotidianos. Por su función, son el tipo de herramientas más utilizado y, para que se genere la menor fricción posible cuando está en funcionamiento, se debe prestar especial atención al diseño. Además de esto, el material también es decisivo para una transmisión óptima de la potencia. Los métodos de fabricación tradicionales solo dejan un margen de maniobra limitado, ya que resulta demasiado costoso fabricar engranajes específicos bajo demanda, debido a la complejidad de las herramientas y procesos requeridos.

Una posible solución es la sinterización selectiva por láser (SLS), por la que un engranaje se puede fabricar en una sola pieza y sin herramientas adicionales. En combinación con los polímeros de alto rendimiento iglidur®, desarrollados por igus, se puede crear cualquier tipo de engranajes con una mayor vida útil y menores coeficientes de fricción. Además de esto, los engranajes iglidur® impresos destacan por su alta eficiencia, que es solo mínimamente menor que la de los engranajes metálicos lubricados. Los engranajes de plástico se pueden crear en el sitio web de igus mediante el configurador CAD gratuito y luego solicitarlos al servicio de impresión 3D.

engranajes de plástico

Cualquier borde de diente con un espesor de pared mínimo de 0,5 mm se puede fabricar con SLS. (Crédito de la foto: igus)

Engranajes de plástico hechos con iglidur®

Como hemos dicho, los engranajes de plástico hechos a medida se pueden fabricar mucho más fácilmente con esta tecnología. El espacio de instalación de la impresora 3D SLS es la única limitación, e independientemente de esto, se puede aprovechar la libertad de diseño para, por ejemplo, reducir el peso o ganar vida útil de la pieza. En contraste con la producción mecánica, se pueden lograr ventajas de costes mediante un uso más eficiente del material y tiempos de impresión más cortos. En comparación con la producción mecánica o el moldeo por inyección, las geometrías de los engranajes de plástico no tienen que simplificarse, pero pueden adaptarse de manera óptima en el modelo de impresión. Por lo tanto, se puede lograr una mayor resistencia y un cálculo de onda más bajo en el producto final.

El material utilizado es otro signo de calidad, especialmente porque no todos los plásticos son iguales. Con los materiales iglidur®, igus pudo desarrollar los dientes de deslizamiento de plástico que, por sus propiedades tribológicas, tienen buenos coeficientes de fricción y bajo desgaste. Por esta razón, iglidur® es ideal para aplicaciones que requieren movimiento, como los engranajes. No obstante, algunos materiales iglidur® se adaptan mejor a determinadas aplicaciones que a otras. Igus ya ha podido demostrarlo en numerosas pruebas. El iglidur I3 se caracteriza por una mayor resistencia, siendo más adecuado para engranajes rectos y cónicos. Por su parte, iglidur I6 tiene propiedades de deslizamiento optimizadas y, por lo tanto, es ideal para engranajes helicoidales. Sin embargo, si se requieren propiedades ESD, iglidur I8-ESD es el indicado. Dado que la vida útil siempre depende de los parámetros de la aplicación, la calculadora gratuita del sitio web de igus ofrece una descripción general de la vida útil esperada de los engranajes de plástico que se fabricarán, teniendo en cuenta los parámetros de aplicación seleccionados.

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Comparación de la eficiencia de los distintos procesos de fabricación | Créditos: igus

Los expertos de igus aconsejan elegir entre la fabricación de engranajes mediante impresión 3D y la producción mediante moldeo por inyección, según cada aplicación. Como regla general, puede ser más económico producir un pedido de 10,000 engranajes con un molde de inyección. En este caso, la impresión 3D se puede utilizar para producir los primeros prototipos y fabricar el molde, que luego se puede utilizar para producir una gran cantidad de ellos con propiedades materiales comparables. Esta opción también es adecuada para piezas que se van a fabricar con un plástico especial con propiedades concretas (por ejemplo, retardante del fuego). Con esta flexibilidad, igus puede ofrecer a sus clientes una producción en serie individual y económica de piezas especiales.

La impresión 3D de engranajes en acción

El equipo de Formula Student de Weingarten, que se basó en un piñón de plástico individualizado para construir un automóvil de carreras, también es un ejemplo de aplicación. En este caso, se utilizaron como tensores de cadena en la transmisión por tracción. Para evitar los tiempos de producción tan largos y entrega de las piezas individuales, el equipo decidió ponerse en contacto con igus e imprimir el componente. El piñón se fabricó con iglidur I6 en el proceso SLS en menos de 72 horas. Sobre todo, el equipo destaca el rendimiento de las pieza, como explica Richy Göser del Formula Student Team Weingarten: “Los rodamientos de bolas usados ​​anteriormente en la transmisión por cadena apenas duraron más de 20 kilómetros, lo cual es desfavorable porque nuestra carrera más larga es de 22 kilómetros. Esperamos que los piñones impresos en 3D de igus® sean significativamente más robustos”.

engranajes de plástico

Este coche de carreras contiene el piñón de plástico impreso en 3D. | Créditos: igus

Pero los engranajes de plástico no solo se utilizan en la construcción de un prototipo de coche de carreras, sino que también se pueden usar en la restauración de un coche clásico, como en el caso del Dr. Jörg Pühler. Es propietario de un Stanley 750B de 1924 y tuvo que reemplazar una pieza de repuesto en el velocímetro. Dado que las piezas de repuesto para automóviles clásicos son difíciles o incluso imposibles de encontrar, y las dimensiones de las piezas de repuesto se desconocían, se tuvo que encontrar un método de producción que fuera económico a la vez que de alta calidad. Así Pühler también encontró la solución en la impresión 3D. Debido a la flexibilidad de los ajustes al modelo CAD, se pudieron producir rápidamente varios prototipos a costes comparativamente bajos. También aquí se utilizó iglidur I6 como material, que, además de su estabilidad, ofrece la ventaja de que la lubricación de la pieza de repuesto es superflua porque los lubricantes sólidos ya están integrados en el plástico.

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Los engranajes de plástico impresos en 3D son lo suficientemente resistentes como para ser utilizados por los camiones de bomberos. | Créditos: igus

Además, las aplicaciones no se limita a los automóviles. El Cuerpo de Bomberos del Aeropuerto de Frankfurt buscaba una solución rentable para el mantenimiento de los servomotores de la torreta de techo en sus grandes camiones de bomberos del aeropuerto. Markus Brummer del cuerpo de bomberos del aeropuerto de Frankfurt am Main explica: “La torreta puede cambiar el ángulo de la boquilla de pulverización mediante un servomotor (en el que están instaladas las dos ruedas dentadas). Dado que este cambio de altura también se produce cuando se libera agua, tenemos una gran carga en los engranajes. Después de 10 años de uso, los engranajes viejos se están rompiendo lentamente. El fabricante recomienda reemplazar todo el servomotor, lo que por supuesto es muy costoso”. Por lo tanto, se tomó la decisión de probar los engranajes de plástico impresos en 3D de igus para ver si podían soportar las altas cargas. Después de haberlo probado, el cuerpo de bomberos del aeropuerto encargó más ruedas dentadas e incluso hizo una recomendación: «Recomendaríamos a igus de inmediato, ya que ahora también tenemos un segundo componente que controla las puertas neumáticas de nuestros grandes camiones de bomberos fabricados por ellos».

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