Případová studie
Záchrana koloběžky
Reverzní inženýrství a 3D tisk nesehnatelné spojky převodu
1.
Souhrn (Executive Summary)
1. Souhrn (Executive Summary)
Cíl projektu: Rychle a nákladově efektivně vyrobit funkční náhradní díl – spojku převodu (kříž) – pro koloběžku, jejíž originální díl je neopravitelně poškozen a nelze jej zakoupit ani od výrobce, ani na trhu náhradních dílů.
Klíčové technologie:
• Reverzní inženýrství: Měření pomocí posuvného měřítka a CAD modelování.
• 3D tisk (FDM): Materiál ABS pro vysokou pevnost a houževnatost.
• Optimalizace pevnosti: Strategická orientace tisku o 45° a 85% výplň pro odolnost proti střihovým tlakům.
Hlavní přínos: Obnovení plné funkčnosti koloběžky v řádu hodin a s minimálními náklady, což nebylo možné tradičními metodami.
2.
Představení projektu a stanovení výzvy
A. Popis problému
Koloběžka (nebo podobné zařízení s převodovým mechanismem) selhala v důsledku destrukčního poškození klíčového vnitřního komponentu – plastové spojky převodu. Tento malý díl, vystavený neustálému kroucení a střihovému namáhání, se zlomil v kritických bodech, čímž znemožnil přenos síly a vyřadil koloběžku z provozu. Vzhledem ke stáří/specifičnosti modelu byla dostupnost originálního dílu nulová. Jedinou cestou k obnovení funkčnosti byla jeho nová výroba.
B. Cíle projektu
1. Přesně zrekonstruovat geometrii dílu pro správnou montáž do převodu.
2. Zajistit, aby nový díl vydržel provozní zatížení a nepřišlo k jeho rychlému selhání.
3. Minimalizovat dobu výroby a náklady.
3.
Metodika a proces reverzního inženýrství
Vzhledem k absenci 3D skeneru a značnému poškození původního dílu bylo zvoleno precizní manuální měření a následné CAD modelování.
A. Měření a CAD Modelování
1. Měření kritických rozměrů: Kritické vnější a vnitřní průměry, hloubky drážek a tloušťky materiálu byly pečlivě změřeny pomocí posuvného měřítka. Zvláštní pozornost byla věnována nepoškozeným nebo méně deformovaným referenčním plochám.
2. Tvorba 2D náčrtu (Sketch) v CAD: Naměřená data byla převedena do 2D náčrtu v CAD softwaru. Náčrt definoval přesné obrysy a rozměry, na základě kterých byl následně vytvořen 3D model.
3. Extruze a tvorba 3D modelu: Po dokončení náčrtu byla provedena extruze (vytlačení) pro vytvoření finálního 3D modelu, připraveného pro tisk.
B. Optimalizace tisku pro mechanickou pevnost
Pro takto namáhaný díl bylo zásadní nejen správné tvarování, ale i optimalizace výrobního procesu (slicing) s ohledem na omezení FDM technologie:
| Parametr optimalizace | Nastavení | Odůvodnění |
| Materiál | ABS (Acrylonitrilbutadienstyren) | Zvolen pro jeho vynikající houževnatost, pružnost (která pomáhá absorbovat rázové zatížení) a vysokou mechanickou pevnost. |
| Hustota výplně (Infill) | 85% | Vysoká hustota minimalizuje prázdné prostory uvnitř dílu, což je klíčové pro odolnost proti střihovým tlakům a drcení materiálu v drážkách. |
| Orientace tisku | Natočení o 45° | Nejdůležitější optimalizace. Natáčením dílu o 45° vůči tiskové podložce se dosáhne toho, že vrstvy (lepené spoje) nejsou namáhány přímo střihovými silami rovnoběžně s rovinou vrstvy. Tím se dramaticky zvyšuje odolnost proti prasknutí v nejčastějším místě selhání FDM výtisků. |
4.
Výsledky a hodnocení
A. Realizace a funkčnost
Nově vytištěný díl byl po tisku očištěn a byl schopen okamžité montáže do převodové skříně. Přesnost měření posuvným měřítkem a modelování se ukázala jako dostatečná pro zajištění perfektního uložení a přenosu točivého momentu.
B. Měřitelné přínosy
• Obnovená funkčnost: Koloběžka byla plně opravena a vrácena do provozu bez nutnosti složitého shánění dílů nebo výměny celého komponentu.
• Rychlost: Celý proces od měření po finální, funkční díl trval pouze několik hodin (čas tisku).
• Efektivita: Náklady na výrobu (spotřeba ABS filamentu) jsou zanedbatelné ve srovnání s časem, který by byl potřeba na vyhledávání nebo výrobu dílu na CNC stroji.
• Pevnost a Odolnost: Díky materiálu ABS a strategické orientaci tisku má náhradní díl předpoklad vydržet vyšší zatížení než originální plastový díl.
Závěr
Tato případová studie je jasnou demonstrací hodnoty reverzního inženýrství a aditivní výroby v situacích, kdy jsou náhradní díly nedostupné. Kombinací pečlivého měření a strategické optimalizace tisku pro pevnost (materiál ABS a orientace 45°) byl vytvořen funkční náhradní díl, který úspěšně slouží svému účelu, a to s minimalizací nákladů a času.