來自 3D 印表機的耐磨時鐘零件

• **需要什麼？**機械發條的組件
• **製造過程：**擠出成型 (FDM)
• **要求：**高耐磨性、良好的機械特性、細節精度
• **材料：**iglidur® i150
• **產業：**模型製作
• **合作成功：**耐磨性提高，零件的使用壽命顯著增加，擒縱系統以及整個機芯的運行更加規律

應用一覽
作為 Jugend Forscht 專案的一部分，Kai Schmidt-Brauns 製作了一個可完全 3D 列印的機芯，並將機械機芯擒縱系統的數學計算輪廓曲線與根據經驗確定的輪廓曲線進行了比較。為了測試各自的輪廓曲線，他根據數學模型打印了一個機械機芯。除了使用傳統 PLA 製成的組件進行測試外，這位來自 Wolfsburg 的學生還使用三纖® iglidur® i150 製成的組件測試了不同的輪廓曲線。結果證實使用 igus® 材料製成的擒縱器性能更佳。 由於採用了摩擦優化的絲材，與傳統 PLA 製成的零件相比，承受特別高機械負荷的零件能夠獲得更長的使用壽命和更規律的運行。

為了讓機械機芯精確運轉，必須準確確定機械裝置所有組件的幾何形狀，並將移動部件之間的摩擦力降至最低。Kai Schmidt-Brauns 的專案目的是為 3D 列印機芯設計擒縱機構，然後運用數學模型確定其幾何形狀。雖然數學模型產生了更規律的機芯，但問題是還有沒有其他方法可以讓機芯更加精準。在使用傳統 PLA 製成的 3D 列印元件進行的測試中，上鏈機構中的棘輪（由棘輪和棘輪環組成）等負載較重的部件的使用壽命不是特別長。

在使用傳統 PLA 製成的機芯進行測試之後，Kai Schmidt-Brauns 用 igus® tribofilament® iglidur® i150 打印的樣品取代了關鍵部件。比較結果顯示，由 iglidur® i150 製成的元件之間的滑動與靜態摩擦力大幅降低。此外，由於 igus® 材料的高耐磨性，棘輪的使用壽命得以延長，擒縱系統的運行也更加規律。

Jugend Forscht 是德國針對年輕人才的比賽，對象為四年級至 21 歲的學生。參賽者可在數學、電腦科學和自然科學領域中自行選定問題進行研究並提交。作為這項比賽的一部分，來自 Wolfsburg 的 Kai Schmidt-Brauns 首先建立了一個數學模型，以確定 3D 列印擒縱系統組件的精確幾何形狀。特別是，這涉及到輪廓的輪廓曲線，他能夠根據明確的參數計算出來。手錶的擒縱系統是決定手錶精準度的部分。擒縱系統"在固定的時間間隔抑制" 齒輪系，例如借助錨，並確保時鐘中的一分鐘與一分鐘對應，而不會有時需要 61 秒，有時需要 55 秒。在專案的下一步，Kai Schmidt-Brauns 將計算出來的輪廓曲線與根據經驗確定的輪廓曲線進行比較。他發現使用計算出來的輪廓曲線的運動比根據經驗確定的輪廓曲線有更規律的速率。

除了比較數學公式和經驗決定的輪廓曲線外，Kai Schmidt-Brauns 還測試了不同材質的擒縱系統。結果選擇了三纖維® iglidur® i150。在床溫 40 °C、打印速度 30 mm/s、層高 0.1 mm、擠出機溫度 250 °C的條件下，該學生使用 igus® 的長絲取得了最佳效果。與傳統 PLA 相比，他還能夠在測試過程中確定擒縱器的運動明顯更加規律。除了擒縱系統的結果外，摩擦優化絲還改善了重負載部件的耐磨性。棘輪的棘爪環（見圖）位於時計的上鏈機構中，使用傳統 PLA 時的更換頻率遠高於使用 iglidur® i150 時的更換頻率。此外，透過使用 iglidur® i150 所印制的螺旋彈簧進行測試，他發現與傳統 PLA 所製成的彈簧相比，螺旋彈簧具有更高的韌性和彈性。

除了 iglidur® i150 之外，igus® 還提供許多其他用於 3D 列印的摩擦優化長絲。iglidur® i150 可以像 PLA 和 PETG 長絲一樣非常容易加工。在 igus® 測試實驗室的磨損測試中，igus® 三纖維的表現比 PLA 和 ABS 等傳統塑膠高出 50 倍（見圖）。它也符合歐盟 10/2011 法規的食品標準，因此適用於食品和包裝行業的相應應用。由於加工簡便，這種全能型長絲特別適合打印初學者。如果需要專家協助，也可隨時提供 3D 列印服務，交貨時間為 1-3 天。