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JP(JA)

電動自転車用3Dプリント製チェーンスプロケット

  • 要望:樹脂製ピニオン
  • 製造方法:レーザ焼結法(SLS)
  • 要件:高い耐摩耗性、優れた摺動特性、長寿命
  • 材質:イグリデュールI3
  • 産業:自転車
  • メリット:オンライン3Dプリントサービスで部品を迅速に構成、金属製よりも静かな動作音

用途の概要:
電動自転車はますます軽量化され、かつ非常に低騒音化されています。動作中は、モーター音がほとんどありません。しかし、ライヒスホフのラース・ハルトマン氏のような機知に富んだ発明家たちは、それでは満足しません。自転車のチェーンの音が気になっていました。金属製スプロケットは、チェーンがフレームに衝突するのを防ぐためのガイドローラーの役割を果たしますが、動作音が非常にうるさかったのです。彼は対策を模索する中で、ある展示会で出会ったイグスのオファーを思い出しました。それは、3Dプリンターで個々の部品をコスト効率良く製造する「3Dプリントサービス」でした。
3Dプリントサービスへ
3Dプリントされた電動自転車用樹脂製ピニオン イグリデュールI3を3Dプリントした樹脂製ピニオンの使用例

問題点

標準の金属製スプロケットでは、電動自転車の走行音が非常に大きな音をたてていました。スプロケットは、チェーンがフレームに触れないようにするガイドローラーの役割を果たしていました。しかしその摩擦音により、電動自転車はまるでトラクターのような音を引き起こしていました。そこでラース・ハルトマン氏は、金属製のスプロケットと同じ走行特性を持ちながらも、大幅に静粛性を高めた材料を探すことにしました。また、材質に求められたのは、良好な摺動特性と長寿命、そして金属との相互作用による高い耐摩耗性でした。

解決方法

ハルトマン氏は、攪拌・分散・微粉砕システムのメーカーであるVMA-GETZMANN社の仕事の関連で、イグスの3Dプリントサービスで製作した機械部品を試験しました。その結果が非常に良かったため、ラース・ハルトマン氏は自分の電動自転車にもプリントした部品を使おうと考えたのです。それは、自転車の愛好家にとっては完璧なソリューションでした。「標準的な金属製ピニオンは、大きな動作音が発生してしまいます。私たちはそれをCADで設計し、イグスでイグリデュールI3を使用してプリントしてもらいました。この方法だと部品は簡単かつ迅速に作成できました。私たちは3Dプリントサービスを利用して、関連データをアップロードし、素材を選び、数量を発注しました。」このチェーンスプロケットを2台の自転車で数ヶ月使用したところ、騒音レベルは大幅に減少していると、ハルトマン氏は満足げに語っています。

最適な摩耗と安定性の係数

使用されている素材「イグリデュールI3」は、もちろん工業用途や大量生産にも適しています。特に、その低摩耗係数と高安定性が魅力で、レーザー焼結法(SLS)で加工されています。

さらにイグスは、耐摩耗性と長寿命に関して特に高い要求を満たすイグリデュールI6を開発しました。試験において、高機能樹脂製はPOMやPBTなどの一般的な材質で製造された機械加工のギアホイールに勝っています 。トルク5Nm、回転数12rpmのウォームホイールを試験しました。レーザー焼結用材質であるイグリデュールI6で製作されたギアは、試験が完了した100万サイクル後でもわずかな摩耗しか見られず、問題なく機能していました。POM製のギアは621,000サイクルで完全に摩耗し、PBT製のミル加工ギアは155,000サイクルで破損したため、機械加工されたギアに比べて格段に良い結果が出ています。また、レーザー焼結用材質のPA12で製作されたギアも試験に使用されました。しかし、摩擦係数が高いため、521サイクルで停止してしまいました。

スプロケット用イグリデュール素材
POMギアホイールとイグリデュールギアホイールの比較 左:621,000サイクル後に故障したPOMギア
右:1,000,000サイクルでも低摩耗なイグリデュールI6ギア

簡単構成

設計者はイグスのギアコンフィギュレータを活用することができ、これにより、特殊な寸法のカスタムギアやチェーンスプロケットも構成することができます。ギアのモジュールや、歯数、幅、内径等のデータを入力するだけです。その後、3Dモデルが自動的に表示され、STEPファイル形式でダウンロードできます。イグスの3Dプリントサービスにファイルをアップロードすれば、非常に耐久性に優れたギア用のレーザー焼結用材質 イグリデュール i6製の構成済みギアをすぐに注文することができます。マウスをクリックするだけで、最小注文数の条件なしでギアを注文したり、見積りを依頼することができます。その後迅速に、カスタムメイドのパーツが出荷されます。

3Dプリント製ギアについて詳しく
イグスのギアコンフィギュレータでギアを簡単構成 イグスのギアコンフィギュレータでギアを簡単構成

3Dプリント部品のその他の使用事例は、こちらをご覧ください。

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