A németországi Aalenben székhellyel működő Franke GmbH olyan drótcsapágyakat fejleszt és gyárt, amelyek a szokásos “tömör csapágyak” könnyebb alternatívái lehetnek.

A Franke csapágy specialistái a CADFEM és a Rosswag szimulációs szakértőivel együttműködve nemrég a technológia korlátait feszegették azzal, hogy 3D nyomtatási megoldásokkal súlyoptimalizált csapágyat tervezték meg a repülőgépiparnak. Terméktervezése során a Franke egy ideje mát 3D-nyomtatott alumínium testekre is támaszkodik, mivel ez a gyártási módszer lehetővé teszi az anyag megtakarítást a szilárdság elvesztése nélkül. Ilyen könnyített csapágyakat használnak például a repülőgépeken a telefon és az internet műhold antennáinak mozgatására. A csapágyaknak a lehető legkönnyebbnek kell lenniük, hiszen például egy kereskedelmi repülőgépen megspórolt egy kilogramm tömeg évente körülbelül 2000 dollár üzemanyagköltséget takarít meg – és mellesleg ennek megfelelően nagy mennyiségű CO2 kibocsátást is. Azért, hogy a jövőben a Franke minél kisebb súlyú csapágyakkal lással el a repülőgépipart, két partnert is bevont egy projektjébe: egyikük a Rosswag Engineering, a fém 3D-nyomtatás szakértője, másikuk a CADFEM, a numerikus szimuláció specialistája.

A Franke csapágy 3 alumínium alkatrészét (egy külső gyűrű és egy kétrészes belső gyűrű) eddig hagyományos módon CNC-módszerrel állították elő, de az additív gyártással a tömör szerkezetet rácsszerkezetre cserélték anyagmegtakarítás céljából. A CADFEM által végzett topológiai optimalizálási tesztek során feltárták és eltávolították azokat a területeket, amelyek nem játszanak szerepet a stabilitásban, majd ugyanezen részeket rácsszerkezettel töltötték ki, mert ez nagyon kis tömegnél nagyobb merevséget eredményez, valamint ezek a rácsos szerkezetek további stabilitást is biztosítanak az üregeknek. A topológia optimalizálásával a 3D-nyomtatott csapágytest tömege további 16%-kal csökkenthető a hagyományosan gyártott, már korábban is nagymértékben optimalizált modellekhez képest, ami nagyon jó eredmény!
A Rosswag projektmérnökei a nyomtatási folyamat szimulációjában vettek részt: kidolgozták a legoptimálisabb nyomásparamétereket, a lézer sebességét és expozíciós ideje, de az alkatrész térbeli tájolását is. A kész nyomtatott csapágytesteket ezután a Franke-be szállították, ahol viszont feldolgozták és kiegészítették a csapágyalkatrészekkel – huzalgyűrűkkel, gördülőelemekkel és házzal.

“Meg tudtuk mutatni, hogy az Ansys Additive Series szoftverrel olyan valósághűen tudjuk szimulálni és optimalizálni a gyártási folyamatot, hogy a nyomtatási folyamat problémamentesen zajlott le. A 16 százalékos súlymegtakarítás pedig egy már optimalizált komponensen jól szemlélteti, hogy mit érünk el a topológia optimalizálásával és a 3D nyomtatás szabadságával.”

– Florian Hollaus, CADFEM Austria