Delicate onderdelen voor perfecte harmonie – snel geprint en geleverd

• Wat er nodig was: componenten voor een pianohamerflens
• Productiemethode: selectief lasersinteren met lasersinter-poeder
• Vereisten: slijtvaste onderdelen met geringe wrijving die precies passen
• Materiaal: iglidur I3
• Industrie: muziek
• Succes door samenwerking: kosteneffectieve productie van functionele maatwerkdelen, verbeterde bestendigheid tegen vocht en temperatuur, lange levensduur

De applicatie in een oogopslag:
wanneer piano's op traditionele wijze worden gebouwd dan worden de meeste van hun onderdelen van hout gemaakt. Om de gevoeligheid van hout tegen te gaan voor veranderende vochtigheid of luchttemperatuur, ontwikkelde Phoenix Pianos, onder leiding van Richard Dain, het D3D hamersysteem. De herziene versie van het hamermechanisme, dat verantwoordelijk is voor het genereren van het geluid, is vrijwel volledig gemaakt van carbonvezel en kunststof. Het tribologisch geoptimaliseerde iglidur I3 hoogwaardige polymeer werd gebruikt voor de bewegende en vaste delen van de hamerflens. De gelasersinterde hamers maken een precies kopiëren van de originele onderdelen mogelijk, verbeteren de geluidseigenschappen, verlengen de levensduur en reduceren de onderhoudskosten en -inspanning.

 

Hamerflenzen gemaakt van iglidur I3 met metalen pen

Probleem

Hout is het bouwmateriaal dat eeuwen centraal heeft gestaan in de traditionele pianobouw. Het hamermechanisme dat wordt gebruikt om op de pianosnaren te slaan vereist een bijzonder grote precisie en daarom ook veel onderhoud. De gevoeligheid van hout bij hoge temperatuur en vochtigheid is één van de vele redenen waarom het hoofd van Phoenix Pianos, een Brits bedrijf, op zoek was naar een bestendiger alternatief. Maar alle alternatieve materialen moeten voldoen aan de bestaande vereisten van delicate onderdelen die precies in het mechanisme passen en werken met weinig wrijving. De onderdelen worden ook blootgesteld aan vele toetsaanslagen, hetgeen slijtage veroorzaakt.

Oplossing

Voor de hamerflens, welke bestaat uit een bewegend deel en een deel dat is bevestigd aan de piano, maakte igus een prototype op basis van additieve procedures. In plaats van hout werd iglidur I3 gebruikt voor de onderdelen. Dit is een slijtvast lasersintering polymeer met geoptimaliseerde glij-eigenschappen en dat voldoet aan de vereisten van de pianobouw ten aanzien van temperatuur en vochtigheid. Tegelijkertijd maakt het 3D-printen een snelle productie van identieke onderdelen mogelijk. Het regelmatige stemmen om valse noten te voorkomen kan tot een minimum worden beperkt. de kleur van iglidur I3, die lijkt op die van ivoor, rondt de functionele delen af en voorkomt het feit dat kunststof is gebruikt in de klassieke piano bouw direct zichtbaar is.

Traditionele pianobouw, moderne componenten

Het mechanisme dat de pianist gebruikt om geluid te maken op de piano is in principe zeer eenvoudig. Het interieur van de piano heeft één snaar per toets. Elke aanslag van een piano toets triggert een mechanisme, waardoor een hamer die is bevestigd aan een steel op de bijbehorende snaar slaat. Bij de traditionele pianobouw is het materiaal dat wordt gebruikt voor de vaste delen van dit hamermechanisme haagbeuk. Maar hout is gevoelig voor veranderingen in de temperatuur en vochtigheid, en dit heeft invloed op het geluid van de piano. De piano moet daarom regelmatig worden gestemd en onderhouden. Voor Richard Dain, hoofd van Phoenix Pianos, was dat een goede reden om het hamermechanisme opnieuw te ontwerpen. Als ingenieur en amateur pianist, stelde hij zichzelf als doel om de gevoelige houten onderdelen te vervangen door bestendigere materialen, zonder dat dit ten koste zou gaan van de geluid kwaliteit. Hij verving de steel van het hamer mechanisme met een complex carbon-vezel materiaal dat zeer sterk is maar toch lichtgewicht. De uniformiteit en het lage gewicht maakt eerste klas, klimaat bestendige prestaties mogelijk. Voor de overige delen van de hamerflens, die bestaat uit een vast en een bewegend element, werkte Dain samen met het 3D-print team van igus GmbH.

Grote materiaalkeuze bij igus

De samenwerking van Richard Dain met het 3D-print team van igus GmbH resulteerde in het D3D-hamersysteem, waarin elk houten onderdeel is vervangen door een polymeer onderdeel. Lasersintering maakte het mogelijk snel een prototype voor de hamerflens te maken en te testen. Het voordeel van de procedure is de mate van detail in de vorm van de geprinte componenten. Dain koos al snel voor ilgidur I3, een polymeer dat speciaal voor lasersintering werd ontwikkeld. De nieuwe iglidur hamermechanisme-componenten zijn bijzonder slijtvast en beloven consistente mechanische prestaties met een lange levensduur. De flens componenten worden verbonden met een metalen pen die, in combinatie met de iglidur polymeren, een bijzonder lage wrijvingscoëfficiënt kent.
 
Het systeem bewees ook haar effectiviteit in een praktische test: pianisten vergelijken de verandering met het overtappen van een Model T Ford naar een Ferrari. Na een korte gewenning periode, kunnen ze beter presteren met minder inspanning en bouwen ze een volledig nieuwe relatie op met het instrument.  

iglidur I3 – innovatief 3D-geprint polymeer voor bewezen mechanische eigenschappen

Het iglidur I3 lasersintermateriaal waarborgde dat aan de vereisten van de nieuwe hamerflens werd voldaan, of dat ze zelfs werden overtroffen. De hoge slijtvastheid van het polymeer is specifiek ontworpen voor glijdende toepassingen, en de stabiliteit van het materiaal houdt de componenten stevig. De onderdelen passen ook perfect en kennen een slijtvastheid die tot wel 50 keer beter is dan die van andere kunststoffen, waardoor een consistente mechanische beweging wordt gewaarborgd, zelfs na duizenden aanslagen.
 
iglidur I3 kent een grote sterkte en bestendigheid tegen veranderingen in vochtigheid en temperatuur, en Dain zegt dat het waarschijnlijk een langere levensduur kent dat de piano waarin het is geïnstalleerd. Omdat iglidur polymeren zijn verrijkte met vaste smeermiddelen, werken componenten die er mee zijn gemaakt droog en vereisen ze geen smering of onderhoud. De kleur van het materiaal, die lijkt op die van ivoor, ondersteunt ook de algehele esthetiek van het hamermechanisme.
 
Productie van de maatwerk onderdelen van iglidur I3 neemt slechts één tot drie dagen in beslag en is zelfs voor 1 stuks voordelig, omdat er geen matrijs- of nabewerking kosten zijn. Bestellen is snel en eenvoudig met de online 3D-printservice: het 3D-model van het benodigde onderdeel kan worden geüpload via het browser venster als een STEP-bestand. Het model, de prijs en prijs staffel voor elk materiaal en productietijd worden automatisch getoond. De produceerbaarheid van het component in het geselecteerde proces wordt direct gecontroleerd en potentiële probleemgebieden worden gemarkeerd. Geprinte onderdelen kunnen naar wens worden afgerond, gekleurd of bewerkt.  

Richard Dain, hoofd van Phoenix Pianos