Verschleißfester Kunststoff: 3D-Druck Bauteile im Testlabor

Verschleiß ist bei Bauteilen in bewegten Anwendungen ein wichtiger Aspekt. Verschleißfester Kunststoff wie unsere iglidur Materialien, sind die Lösung, damit Verschleiß minimiert, und die Lebensdauer der Bauteile erhöht wird. Dank der tribologischen Eigenschaften sind die iglidur Materialien perfekt für alle Anwendungsbereiche geeignet, in denen es auf gute Reibwerte und möglichst geringen Verschleiß ankommt. 

Das igus Testlabor erstreckt sich über 3.800 m². igus erforscht und entwickelt in umfangreichen Versuchsreihen im branchengrößten Testlabor neue 3D-Druck-Werkstoffe für bewegte Anwendungen. Alle Materialien werden mit verschiedenen Testreihen auf ihre tribologischen Eigenschaften hin geprüft damit Verschleiß und Wartungsintervalle minimiert werden. Sie sind besonders reibungs- und verschleißarm und sorgen für einen schmierfreien und wartungsarmen Einsatz. iglidur Kunststoffe bieten sehr gute tribologische Eigenschaften und gewährleisten dadurch eine höhere Lebensdauer für Kunststoffbauteile.

In unserem Testlabor prüfen wir laufend tribologische Eigenschaften von 3D-gedruckten Teilen in Anlehnung an DIN ISO 7148-2. Die Versuchsreihen umfassten lineare, schwenkende und rotierende Bewegungen auf verschiedenen Wellenmaterialien. Bei unserem Filament iglidur® J260-PF waren die Reibwerte und der Verschleiß in allen Tests niedrig, während das Standard ABS-Material im rotierenden Test auf der Edelstahlwelle schnell ausfiel. Die gedruckten Gleitlager aus iglidur Spezial-Filament sind in allen Versuchsaufbauten ähnlich verschleißfest wie klassische iglidur Spritzguss-Komponenten. Unsere im 3D Druck hergestellten Zahnräder erreichen dank dem verschleißfestem Kunststoff iglidur I3 und einer optimierten Zahnform eine höhere Lebensdauer als Standard-Materialien.

 

Testparameter:

• Flächenpressung: 0,11 MPa
• Gleitgeschwindigkeit: 0,34 m/s
• Hubweg: 370 mm
• Wellenwerkstoffe: Alu hc
• Laufzeit: 3 Wochen

     Y = Verschleißrate [μm/km]

     1. ABS (FDM)
     2. iglidur® I180 (FDM)
     3. iglidur® I3 (SLS)
     4. iglidur® J gespritzt

Testergebnis:
Der Langhubversuch zeigt um Faktor 15 niedrigere Verschleißwerte von iglidur I180 (FDM) und sogar Faktor 33 niedrigere Werte bei iglidur I3 (SLS). Dank der sehr guten tribologischen Eigenschaften sind die verschleißfesten iglidur Materialien sehr gut für Langhubanwendungen wie zum Beispiel X-Y Portale für Pick & Place-Anwendungen oder auch Gleitlager und Gleitschienen im 3D-Drucker geeignet.

Testparameter:

• Flächenpressung: 1 MPa
• Gleitgeschwindigkeit: 0,3 m/s
• Hubweg: 5 mm
• Wellenwerkstoffe: Cf53 (linker Balken) und V2A (rechter Balken)
• Laufzeit: 1 Woche

Y = Verschleißrate [μm/km]

1. ABS (FDM)
2. iglidur® J260 (FDM)
3. iglidur® J260 (FDM)

Testergebnis:
Die Gleitlager aus verschleißfestem Kunststoff iglidur J260 hat ähnliche gute Veraschleißraten, unabhängig vom Herstellungsverfahren. Im Test wurden iglidur J260 Spritzgussgleitlager und 3D-Druck-Gleitlager mit der gleichen Belastung und Gleitgeschwindigkeit getestet. 
Außerdem zeigt dieser Versuch, dass bei unseren iglidur 3D-Druck-Materialien Reibungswerte und abrasiver Verschleiß dank tribologischer Eigenschaften um ein vielfaches niedriger sind, als bei Standard ABS-Materialien.

Testparameter:

• Flächenpressung: 20 MPa
• Gleitgeschwindigkeit: 0,01 m/s
• Schwenkwinkel: 60°
• Wellenwerkstoffe: V2A
• Laufzeit: 4 Wochen

Y = Verschleißrate [µm/km] 

Testergebnis:

Beim Schwenkversuch führen die tribologischen Eigenschaften der iglidur Filamente zu einer bis zu 50-fach höheren Abriebfestigkeit gegenüber den Standard 3D-Druck-Materialien (z.B. ABS). Verschleißfester Kunststoff sorgt bei Gleitlagern und anderen Bauteilen für eine vielfach höhere Lebensdauer.

Testparameter:

• Flächenpressung: 10, 20 und 45 MPa
• Gleitgeschwindigkeit: 0,01 m/s
• Schwenkwinkel: 60°
• Laufzeit: 1 Woche

Y = Verschleißrate [µm/km] 

1. iglidur® I3 (SLS)
2. iglidur® I180 (FDM)
3. iglidur® G gespritzt
4. iglidur® W300 gespritzt

Testergebnis:
Bei diesem Schwerlastversuch wird gezeigt, dass 3D-Druck Gleitlager (aus dem SLS-Druck-Verfahren), auf bis zu 45 MPa Flächenpressung belastet werden können. Es wird gezeigt, das abrasiver Verschleiß und tribologische Eigenschaften ganauso gut sind, wie bei Gleitlagern aus dem Spritzguss. Im Versuch wurden Gleitlager im Durchmesser und Länge von 20 mm getestet, d.h. auf dem 3D-Druck-Gleitlager lasteten 1.800 kg. Die Testergebnisse zeigen, dass Gleitlager aus verschleißfesten iglidur Kunststoffen auch für Hochlastanwendungen geeignet sind. 

Testparameter:

• Drehemoment: 129 Nm
• Hubweg: 370 mm
• Geschwindigkeit: 290 U/min
• Laufzeit: 2 Wochen

Y = Verschleißrate [mg/km]

1. ABS (FDM)
2. iglidur® I180 (FDM)
3. iglidur® J260 (FDM)
4. iglidur® I3 (SLS)
5. iglidur® J gespritzt

Testergebnis:
In diesem Test liegt die Verschleißfestigkeit je nach 3D-Druckmaterial und Verfahren von igus 3D-Druckmaterialien im Vergleich zu herkömmlichen Materialien um Faktor 6 bis Faktor 18 höher.
Antriebsmuttern im 3D-Druck herzustellen bietet gerade bei niedrigen Stückzahlen Kostenvorteile, da das Gewinde direkt im 3D-Druck mit hergestellt werden kann und so kein teures Werkzeug zum Schneiden des Gewindes benötigt wird. Dazu ist lediglich notwendig, dass das Gewinde im Modell auskonstruiert ist.
 

Testparameter:

• Flächenpressung: 1 MPa
• Gleitgeschwindigkeit: 0,1 m/s
• Wellenwerkstoff: Cf53

Y = Reibwert [-]
X = Laufzeit [h]

1. PA12 (SLS)
2. iglidur I3 (SLS)


 

Testertgebnis:
Die tribologischen Eigenschaften von iglidur I3 sind in dem Versuch um Faktor 2 besser, als bei den Standard-3D-Druck-Materialien. Dies ist drauf zurückzuführen, dass in iglidur Materialien Festschmierstoffe verarbeitet sind, die die Reibungswerte absenken und die Verschleißfestigkeit erheblich erhöhen. Verschleißfeste Kunststoffe und tribologische Eigenschaften sind hilfreich bei der Auslegung von Motoren bzw. Antriebskräften, da mit halber Reibung auch nur halb so hohe Antriebskräfte notwendig sind.