3D 打印耐磨钟表机芯发条零件
简介
- 需求产品：机械钟表机芯零部件
- 制造工艺：熔丝沉积 FDM
- 性能要求：高耐磨性、优良的机械特性、细节精度高
- 所用材料：iglidur® i150
- 行业：模型制作
- 合作成果：零件耐磨性提升、使用寿命显著延长、擒纵机构（钟表核心部件）运行更规律，进而使整个机芯运行更稳定
项目背景
该项目是 “青少年研究”（Jugend Forscht）竞赛的参赛作品，由来自沃尔夫斯堡的学生凯・施密特・布劳恩斯（Kai Schmidt-Brauns）完成。他设计了一款完全通过 3D 打印制作的钟表机芯，并为其中的擒纵机构（决定钟表走时精度的关键部件）建立数学模型，以确定其最优几何结构。
在材料的选择上，传统 PLA和iglidur® i150都被制成了组件，并测试了不同的轮廓曲线。对比 “通过数学模型计算得出的擒纵机构轮廓曲线” 与 “通过实验测定的轮廓曲线” 在实际应用中的效果，同时探索提升机芯走时精度和零部件耐用性的方法。
擒纵机构的作用是 “定期控制齿轮组的转动”（例如通过 “锚” 状部件实现），确保钟表的 “一分钟” 与实际时间的一分钟完全对应，避免出现时而走 61 秒、时而走 55 秒的偏差。
问题描述
凯通过数学模型计算出的轮廓曲线，已能让机芯实现比 “实验测定轮廓曲线” 更规律的走时。但在后续测试中，使用传统 PLA 材料（3D 打印常用基础材料）打印的零部件暴露出明显问题：
1、机芯中承受负荷较大的部件（如发条装置中的 “棘轮组件”，由棘轮和棘轮环组成）使用寿命极短，频繁损坏。
2、运动部件之间的摩擦力较大，影响了机芯运行的稳定性和精度上限。
解决方案
为解决上述问题，凯将机芯中的关键易损部件，替换为igus® iglidur® i150 材料，并通过优化打印参数（打印平台温度 40°C、打印速度 30 毫米 / 秒、层厚 0.1 毫米、挤出机温度 250°C）实现了最佳性能。
比较结果显示，iglidur® i150 制成的组件之间的滑动和静摩擦显著减少。此外，由于易格斯材料的高耐磨性，棘轮的使用寿命得到了延长，无需像 PLA 部件那样频繁更换。擒纵机构的运行也肉眼可见地更加规律。
关于 iglidur® i150 材料的优势
igus iglidur® i150 除了在本项目中展现的优势外，还具备以下特点：
- 易加工性：可像 PLA、PETG 等常见 3D 打印材料一样轻松加工，对 3D 打印机兼容性高，尤其适合 3D 打印新手使用。
- 超强耐磨性：根据 igus 测试实验室的磨损测试数据，其耐磨性能是传统 PLA、ABS 等塑料的最高 50 倍。
- 食品合规性：符合欧盟法规 10/2011（食品接触材料安全标准），可用于食品、包装等与食品直接接触的行业场景。
- 配套服务完善：iglidur 提供 3D 打印专家支持服务，交付周期仅需 1-3 天，方便快速获取定制化零部件。
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王世杰 Quill Wang 3D打印产品经理
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