Application Spotlight: 3D-Druck revolutioniert Lager-Design und -Produktion

[Bildnachweis: Bowman Additive Production]

Diese Woche setzen wir unsere Application Spotlight Serie fort und beleuchten Lager – kritische Komponenten, die Reibung zwischen bewegten Metallteilen reduzieren.

In diesem Artikel tauchen wir in die Vorteile ein, die 3D-Druck für Design und Produktion von Lagern bietet, und erkunden, wie Lagerhersteller diese Vorteile nutzen, um radikal neue Lagerkomponenten zu produzieren.

Weitere Anwendungen dieser Serie:

3D-Druck für Wärmetauscher

3D-Druck für Fahrradfertigung

3D-Druck für Digitale Zahnmedizin & Clear Aligner Fertigung

3D-Druck für Medizinische Implantate

3D-gedruckte Raketen und die Zukunft der Raumschiff-Fertigung

3D-Druck für Schuhfertigung

3D-Druck für Elektronikbauteile

3D-Druck in der Bahnindustrie

3D-gedruckte Brillen

3D-Druck für Endteil-Produktion

3D-Druck für Halterungen

3D-Druck für Turbinenteile

Wie 3D-Druck bessere hydraulische Komponenten ermöglicht

Wie 3D-Druck Innovation in der Nuklearindustrie unterstützt

Was ist ein Lager?

Lager spielen eine entscheidende Rolle in Bewegungsapplikationen.

Die runden, radähnlichen Geräte sind designed, Lasten zu tragen und Reibung zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Teilen drastisch zu reduzieren. Indem man ein Lager zwischen Komponenten platziert, die sich gegeneinander bewegen, rollen die Teile über das Lager statt zu gleiten, was Reibung auf ein Minimum hält.

Kugellager gehören zu den häufigsten Typen. Sie bestehen typischerweise aus drei essenziellen Elementen: einem glatten Innenring, einem glatten Außenring, Wälzelementen wie Kugeln oder Zylindern, und einem Käfig, der die Rollen beabstandet hält. Die Wälzelemente tragen die Last, sodass das Lager frei rotieren kann.

Lager sind allgegenwärtig – von Automobilmotoren und Lenksystemen über Flugzeugturbinen, Montagelinien bis zu Medizintechnik. Hersteller suchen kontinuierlich nach Wegen, maßgeschneiderte Lösungen zu liefern und Performance zu verbessern, und additive Fertigung ist zum Schlüsselenabler geworden.

Die Vorteile von 3D-Druck für Lager

Erhöhte Designkomplexität

3D-Druck erschließt die Fähigkeit, komplexe Geometrie in Lagerkomponenten einzubetten, was direkt in überlegene Performance übersetzt. Bowman International, ein UK-basierter Lagerhersteller, nutzte diesen Vorteil, um einen Käfig neu zu designen, der 45 % mehr Rollen aufnimmt, wodurch die Lebensdauer des Lagers verlängert wird. Die Flexibilität der additiven Fertigung erlaubt auch Käfige aus flexiblen Polymeren, die nahtlos um Wellen gewickelt werden können.

Gewichtsreduktion

Durch Einsatz von Gitter- oder Wabenarchitekturen ermöglicht 3D-Druck Designern, Gewicht zu reduzieren ohne Festigkeitseinbußen – eine Aufgabe, die mit CNC-Zerspanung mühsam wäre. Käfige können in Nylon oder Compositematerialien statt Stahl gedruckt werden, was Masse schneidet und gleichzeitig Verschleiß an Wälzelementen mindert.

Eliminierte Werkzeugkosten

Traditionelle Lagerproduktion kann Werkzeugkosten von 40.000–60.000 £ pro Satz verursachen, was kleine bis mittlere Serien prohibitiv teuer macht. Additive Fertigung umgeht Werkzeug entirely, erlaubt Herstellern, Bespoke-Käfige on-demand zu fertigen und preislich für limitierte Batches zu konkurrieren.

Beispiele 3D-gedruckter Lager

Bowmans Rollertrain™: Lagerkäfig für Splittrolllager

Bowman Additive Production, der additive Fertigungsarm von Bowman International – einem führenden Lager- und Sinterkomponentenhersteller – verfeinert seit Jahren Käfigdesigns durch 3D-Druck.

Das Ergebnis ist Rollertrain™: ein patentierter Splittlager-Käfig mit ineinandergreifendem Gitter, der bis zu 45 % mehr Rollen als konventionelle Käfige ermöglicht. Das Design verteilt Lasten auf mehr Wälzelemente, steigert Tragfähigkeit um 30–40 % und verdreifacht die Käfig-Lebensdauer.

Obwohl Produktionskosten von Rollertrain™-Käfigen mit traditionellen Stahlkäfigen vergleichbar sind, machen überlegene Performance und Langlebigkeit sie zur überlegenen Wahl. Der Käfig kommt nun in John Handley Bearings’ JHB Splittlager zum Einsatz, das radiale Kapazitätsgewinne bis 70 % und axiale Kapazitätsverbesserungen von 1.000 % erreicht – die höchsten Werte, die je für Splittlager weltweit aufgezeichnet wurden.

Während 3D-Druck nicht konventionelle Methoden für jeden Lagertyp ersetzen mag, ist er bereits der Go-to-Fertigungsweg für Splittlager geworden.

Leichtere Lagerkäfige für Luxus-Katamaran

Engineering-Firma Scheurer Swiss vereinte additive Fertigung mit Carbonfaser-Composites, um leichtere, effizientere Lagerkäfige für die Moonwave, einen privatbesessenen Luxus-Katamaran, zu fertigen. Die Lenkkugellager benötigten Käfige, die sowohl leicht als auch robust waren.

Mit carbonfaserverstärktem Polyamid-12 (PA12) druckte Scheurer die Käfige in Stücken und verklebte sie. Jeder Käfig erreichte bis zu 630 mm Durchmesser. Was mit Formen Wochen gedauert hätte, wurde in nur drei Tagen完成 – für ein sanfteres, responsiveres Lenksystem.

Leichtgewichtige Metall-3D-gedruckte Lager für Luftfahrt

Deutscher Spezialist Franke GmbH meisterte die Herausforderung, ein Drahtlauf-Lager für ein Rettungshubschrauber-Patientenbett zu fertigen, mit striktem Gewichtslimit von 800 g und der Notwendigkeit, schwere Turbulenzen zu überstehen. Konventionelle Fertigung konnte dies nicht erreichen.

Durch Anwenden von Topologieoptimierung und komplexer Gitterstruktur generierte Franke ein Design, das nur durch Metall-3D-Druck realisierbar war. Das finale Aluminiumlager erfüllte Gewichts- und Performancekriterien und wurde erfolgreich in flugtauglichen Flugzeugen verbaut – unterstreichend die Rolle additiver Fertigung bei Gewichtsreduktion für Luftfahrt.

Ausblick in die Zukunft

3D-Druck gewährt Lagerherstellern Freiheit, High-Performance-Komponenten zu prototypen und zu produzieren, ohne die finanzielle Last von Werkzeug. Die Technologie erweitert auch Materialwahl – von flexiblen Polymeren bis hochfesten Metallen – und ermöglicht Features, die mit traditionellen Prozessen unmöglich wären.

Während die Industrie additive Fertigung umarmt, ist sie positioned, zum Standard für Produktion kleiner bis mittlerer Lagerserien zu werden – mit greifbaren Vorteilen in Kosten, Performance und Nachhaltigkeit.

Im nächsten Artikel erkunden wir 3D-Druck für Fahrräder. Bleiben Sie dran!