Destaque do aplicativo:Impressão 3D para rolamentos

[Crédito da imagem:Bowman Additive Production]

Esta semana, continuamos nossa série Application Spotlight examinando os rolamentos, componentes essenciais usados para reduzir o atrito entre as peças de metal em movimento.

Neste artigo, vamos mergulhar nos benefícios que a impressão 3D oferece para o projeto e produção de rolamentos e explorar como os fabricantes de rolamentos usam esses benefícios para produzir componentes de rolamentos radicalmente novos.

Dê uma olhada nos outros aplicativos abordados nesta série:

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O que é um rolamento?

Os rolamentos desempenham um papel crucial nas aplicações de movimento.

Os dispositivos redondos em forma de roda são usados para transportar cargas e reduzir o atrito entre duas partes móveis. Para conseguir isso, um rolamento é colocado entre duas peças que se movem uma em relação à outra. Em vez de deslizarem umas contra as outras, as peças rolam contra o rolamento, reduzindo assim o atrito.

Os rolamentos de esferas são um dos tipos mais comuns de rolamentos. Eles geralmente são compostos de três elementos principais:superfícies lisas interna e externa, conhecidas como pistas, elementos rolantes como bolas ou cilindros e uma gaiola que serve como um separador para os elementos rolantes. Os cilindros ou esferas atuam como portadores de carga para o dispositivo, permitindo que ele gire livremente.

Os rolamentos são usados em praticamente todos os setores. Por exemplo, todos os veículos motorizados usam rolamentos para peças essenciais como motores e direção. Nesse caso, os rolamentos ajudam a suportar componentes rotativos como um virabrequim, que converte o movimento de um pistão dentro de um motor em um movimento rotativo. Turbinas de aviões, linhas de montagem e equipamentos médicos também usam rolamentos.

Os fabricantes de rolamentos estão sempre em busca de maneiras de fornecer aos seus clientes soluções personalizadas e desenvolver melhores designs de rolamentos. Uma tecnologia que ajuda a atingir esses objetivos é a impressão 3D.

Os benefícios da impressão 3D para rolamentos

Maior complexidade de design

A impressão 3D permite que os engenheiros incorporem mais complexidade ao projeto de um rolamento, melhorando assim seu desempenho. Por exemplo, Bowman International, um fabricante de rolamentos com sede no Reino Unido, redesenhou uma gaiola para adicionar mais elementos rolantes ao rolamento, o que aumentou a vida útil do rolamento (mais sobre isso na seção de exemplos).

Com a impressão 3D, os fabricantes também podem produzir gaiolas de rolamentos com materiais flexíveis, o que permite que eles enrolem facilmente uma gaiola em torno de um eixo.

Peso mais leve

Com a impressão 3D, também é possível projetar uma peça mais leve usando estruturas semelhantes a favo de mel. Isso seria muito difícil e demorado de fazer com a usinagem CNC.

Além disso, uma gaiola pode ser impressa em 3D em náilon ou um material composto em vez de aço ou outro metal. Usar polímeros em vez de metais dessa forma ajuda a reduzir o peso de um rolamento. Além disso, diz-se que uma gaiola de polímero impressa em 3D reduz muito o desgaste dos elementos rolantes quando comparada às gaiolas de aço convencionais.

Custos de ferramentas eliminados

Ao fabricar rolamentos usando tecnologias tradicionais, os custos com ferramentas podem chegar a £ 40.000 a £ 60.000 por conjunto. Para fabricantes que procuram produzir lotes pequenos ou médios de rolamentos, os métodos convencionais costumam ter um custo proibitivo.

A impressão 3D, por outro lado, abre a oportunidade de criar elementos de rolamento como gaiolas diretamente sem ferramentas. A produção de gaiolas diretamente com impressão 3D oferece uma opção altamente competitiva para tiragens baixas a médias de rolamentos sob medida.

Exemplos de rolamentos impressos em 3D

Bowman’s Rollertrain ™:gaiola para rolamentos de rolos bipartidos

A Bowman Additive Production é a divisão de manufatura aditiva da Bowman International, um dos principais fabricantes de rolamentos e componentes sinterizados. A empresa tem usado a impressão 3D por muitos anos para desenvolver o design de caixas de rolamentos.

O resultado de seus esforços é uma gaiola de rolamento bipartida de alto desempenho, patenteada como Rollertrain ™. Os rolamentos bipartidos são feitos em duas metades, o que os torna fáceis de instalar, inspecionar e substituir. Esse tipo de rolamento é freqüentemente usado em equipamentos industriais complexos, como esteiras e ventiladores.

Bowman está usando a tecnologia Multi Jet Fusion da HP e material de náilon (PA11) para produzir a gaiola Rollertrain ™ sob medida. A gaiola possui uma estrutura intertravada que usa os elementos rolantes para prender cada seção da gaiola. Graças a este design, a gaiola pode incorporar até 45% mais rolos do que os produtos existentes.

O aumento do número de rolos significa que a carga pode ser distribuída por um número maior de corpos rolantes. Isso resulta em uma capacidade de carga 30-40% maior e estende a vida útil da gaiola por um fator de 3.

O custo das gaiolas Rollertrain ™ de impressão 3D é comparável às peças tradicionais. No entanto, o desempenho e a longevidade amplamente aumentados fornecem valor agregado, tornando os rolamentos impressos em 3D superiores aos designs tradicionais.

A gaiola do rolamento Rollertrain ™ agora está sendo usada com o novo rolamento dividido JHB, fabricado pelo especialista em rolamentos John Handley Bearings.

Devido ao design e ao material da gaiola do rolamento Rollertrain ™, o rolamento bipartido JHB tem uma capacidade radial e axial aumentada de até 70% e 1000%, respectivamente, que é maior do que qualquer outra capacidade de rolamento bipartida no mundo.

Bowman reconhece que a impressão 3D não substituirá os processos convencionais para todos os tipos de rolamentos. No entanto, no mercado de rolamentos bipartidos, a tecnologia já está se tornando uma opção de fabricação padrão.

Gaiolas com rolamentos mais leves para um catamarã de luxo

A empresa de engenharia Scheurer Swiss combinou impressão 3D e compostos de fibra de carbono para projetar caixas de rolamentos mais leves e eficientes para um catamarã, um tipo de barco que consiste em dois cascos unidos por uma estrutura.

Um iate à vela de luxo de propriedade privada, chamado Moonwave, precisava de gaiolas de rolamentos mais eficientes para os rolamentos de esferas em seu mecanismo de direção. Para tornar a direção do Moonwave mais suave e fácil, as peças precisavam ser leves, mas fortes e duráveis.

Para atingir esses objetivos, Scheurer Swiss usou poliamida 12 reforçada com fibra de carbono (PA12) e impressão 3D para produzir as gaiolas. Devido ao grande tamanho de cada gaiola, que media até 630 mm de diâmetro, foram impressas em 3D em peças e depois coladas com um adesivo.

De acordo com Scheurer, o projeto teria levado pelo menos três semanas se processos de moldagem padrão fossem usados. Com a impressão 3D, levou apenas três dias para projetar e produzir as peças.

Agora, as gaiolas compostas foram instaladas dentro do avançado sistema de mancal de leme de titânio, tornando a direção do catamarã de luxo ainda mais fácil.

Rolamentos de metal leve impressos em 3D para a indústria aeroespacial

A empresa alemã Franke GmbH, especializada em sistemas de movimento leves, foi encarregada de criar um rolamento de corrida de arame para uso na cama de um paciente em um helicóptero de resgate.

Os principais requisitos para o rolamento eram que ele tivesse um peso máximo de 800 ge capacidade de suportar choques, vibrações e grandes turbulências durante o vôo. A empresa rapidamente descobriu que seria impossível criar uma peça tão leve usando a manufatura convencional.

Portanto, Franke aplicou técnicas de projeto avançadas para tornar o rolamento o mais leve possível. Uma dessas técnicas é a otimização da topologia, que permitiu à equipe da Franke otimizar a distribuição do material no projeto da peça, analisando diferentes parâmetros como carga, peso e tamanho do componente.

O design topologicamente otimizado, que também apresentava uma estrutura de treliça complexa, só poderia ser fabricado com o auxílio da impressão 3D.

O rolamento final, impresso em 3D em alumínio, atendeu aos requisitos de peso e desempenho e foi instalado com sucesso no helicóptero.

Na indústria aeroespacial, os engenheiros aproveitam todas as oportunidades para reduzir o peso dos componentes usados na aeronave. Como Franke mostrou, os rolamentos de metal impressos em 3D são uma das soluções que podem ajudar os fabricantes de aeronaves a introduzir economias de peso tangíveis em suas aeronaves.

Um olhar para o futuro

A impressão 3D oferece aos fabricantes de rolamentos a flexibilidade de produzir rolamentos com desempenho aprimorado. A tecnologia não requer ferramentas caras e, portanto, permite a experimentação econômica com formas e recursos que não seriam economicamente viáveis com métodos convencionais.

Além disso, os fabricantes de rolamentos podem usar uma ampla variedade de materiais com a tecnologia, de polímeros reforçados a metais. Em alguns casos, os materiais imprimíveis 3D podem fornecer propriedades adicionais, como flexibilidade ou maior rigidez, o que seria difícil de conseguir com materiais usados em processos de produção tradicionais.

Olhando para o futuro, a impressão 3D se tornará um método padrão para a fabricação de pequenos e médios lotes de rolamentos, graças ao valor agregado que a tecnologia traz à produção de rolamentos.

Em nosso próximo artigo, daremos uma olhada na impressão 3D para bicicletas. Fique ligado!

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