Hvordan bruger man metal 3D -udskrivning til fremstilling af gear i transmissionssystemer?

1. Valg af det rigtige materiale: Sådan balanseres omkostninger og ydeevne
Metal 3D -udskrivningGear skal være lavet af et materiale, der afbalancerer mekaniske evner, behandlingsegenskaber og omkostninger. De mest almindelige materialer lige nu er rustfrit stål, titaniumlegering, aluminiumslegering og højtydende legeringsstål. Disse materialer har følgende egenskaber og kan bruges i følgende situationer:
Rustfrit stål, som 316L
Det giver god modstand mod korrosion og moderat styrke, hvilket gør det til et godt valg til applikationer på indgangsniveau, herunder fødevareforarbejdning og kemisk udstyr, der skal være modstandsdygtigt over for korrosion. Et bestemt selskab med medicinsk udstyr bruger 316L rustfrit stål 3D -trykte mikroudstyr, der skærer antallet af dele fra 12 til 3, mens de stadig opfylder ISO 13485 -standarden. Dette reducerer også samlingstiden med 70%.
Titaniumlegering, ligesom TC4, er det bedste valg i flyindustrien, da den er let (4,5 g/cm³) og har en høj specifik styrke (trækstyrke større end eller lig med 900MPa). Boeing har skåret vægten af ​​sit satellitantenne drevsystem med 40% ved 3D -udskrivning af titanlegerings planetær. De brugte også topologioptimeringsdesign til at få gearene til at vare i mere end 100.000 cyklusser.
Aluminiumslegeringer, sådanne alsi10mg, er meget populære inden for forbrugerelektronik og bilindustrier, fordi de er lette at arbejde med og billige (ca. en tredjedel af prisen på titanlegeringer). En bestemt ny energikøretøjsproducent anvender 3D -udskrivning ved hjælp af aluminiumslegering til at fremstille gearkasseudstyr. Ved at optimere den indre gitterstruktur reduceres gearens vægt med 35%, støjen skæres med 5dB, og omkostningerne for hver komponent reduceres med 22% sammenlignet med typiske smedningsmetoder.
Du kan få hårdhed, der overstiger HRC45 ved at bruge nedbørshærdningsbehandling på højtydende legeringsstål som 17-4PH. Dette gør det godt for industrielle gear, der skal håndtere en masse vægt. Additec og amorfologi arbejdede sammen for at fremstille en 6-tommers diameter-stammebølgeudstyr fleksibel ledning, der er 3D trykt med 17-4ph stål. Dette reducerer materialets brug med 65% og produktionsomkostninger med 58%, mens den stadig holder nul -tilbageslagsegenskaber.
2. Designoptimering: Går fra geometriske grænser til funktionel integration
De fysiske egenskaber ved subtraktive teknikker begrænser traditionelt geardesign. På den anden side bruger 3D -udskrivningsteknologi topologioptimering og biomimetisk design til dybt at integrere struktur og funktion.
Kontrol af involveret tandprofil, der er nøjagtig
Præcisionen af ​​tandprofilparametrene påvirker, hvor godt involveret gear mesh. CAD-software som Fusion 360 har en indbygget geargenerator, der automatisk kan finde ud af vigtige tal som tonehøjdiameter, trykvinkel (typisk 20 grader), modul og mere. Dette sørger for, at gearkassefejlen på 3D -trykte gear er 0,01 mm. Gennem parametrisk design har et bestemt firma, der fremstiller industrielle robotter, øget gearkasseeffektiviteten af ​​3D -trykt harmonisk reduktionsgear fra 82% til 91%.
Ny brug af overensstemmende kølevandskredsløb
Traditionelt gearkøling bruger oliebade eller spray udefra . 3 D -udskrivningsteknologi, på den anden side kan gøre komplicerede vandveje inde i gearet, sådanne spiraler og træer. Siemens Energy har gjort gasturbinens gear 'overfladetemperaturer mere selv med 25% og deres termiske træthedsliv tre gange længere ved at designe interne kølevandskredsløb.
Letvægtsgitterstruktur gennembrud
Gitterdesign kan skære ned på vægten meget, mens den holder styrke. Et firma, der fremstiller flymotorer, beskæftiger 3D -trykt bikagekoder for at fremstille gear med en diameter på 200 mm 40% lettere. De bruger også topologioptimering til at skære stresskoncentrationsfaktoren med 60%.
3. Udskrivningsprocessen: En dobbelt forsikring om hastighed og nøjagtighed
De vigtigste trin i metal 3D -udskrivningsgear er selektive lasersmeltning (SLM) og rettet energiaflejring (DED). Her er deres tekniske detaljer og de situationer, hvor de kan bruges:
SLM-processen: At sætte handling på mikrometerniveauets nøjagtighed
SLM -teknologi anvender en kraftig laser til at smelte metalpulver et lag ad gangen, hvilket gør præcisionsforme med en lagtykkelse på 0,02–0,1 mm og en overfladefremhed af RA mindre end eller lig med 3,2 μ m. Platinum BLT-S1500 er et 32-laser samarbejdsscanningssystem, der kan udskrive adskillige gear på én gang i et dannende kammer med en diameter på 1,5 meter. Dette klipper den tid, det tager at udskrive en vare med 80% sammenlignet med tidligere metoder.
Ded -proces: At gøre store gear billigt
DED -teknik bruger en laser eller bue til direkte depositumstråd eller pulver i form. Det fungerer godt for store gear med en diameter på mere end 500 mm. Du kan bruge additecs Meltio Engine Laser Head med CNC -maskiner til at "udskrive fræsning" alt sammen på én gang. Et firma, der fremstiller gearkasser til vindmøller, bruger DED -teknologi til at udskrive planetariske gear, der er 1,2 m i diameter. Dette øger mængden af ​​materiale, der bruges fra 15% i traditionel smedning til 85%, og det nedskærer den tid, der er nødvendig for yderligere behandling med 70% gennem blandet fremstilling.
Multimaterialudskrivning: En ny måde at klassificere funktionalitet på
Med DED Technology's dobbeltliniepulverfodringssystem kan du få en gradientfordeling af materielle egenskaber i samme gear. Amorfologis bimetalliske gear har en tandoverflade lavet af højhårdheds martensitisk rustfrit stål (HRC35) og en kerne lavet af austenitisk rustfrit stål med høj hårdhed. Dette gør gearet både slid- og påvirkningsresistente, og det varer tre gange længere end et gear lavet af kun et materiale.
4. efterbehandling: Går fra trykte dele til arbejdsdele
Metal 3D -trykte gear er nødt til at gennemgå ekstra trin som varmebehandling, præcisionsbearbejdning og overfladestyrke for at matche de strenge standarder for gearkassesystemet.
Varmebehandling: slippe af med resterende stress og gøre den mekaniske ydeevne bedre
For at slippe af med mellemlagsstress og forbedre kornstrukturen, har 3D -trykte gear normalt brug for stresslindringsglødning (holder ved 500-600 grad i 2-4 timer) og opløsningsbehandling (slukning ved 1050-1100 grad). Gennem varmebehandlingsteknologi har et bestemt firma, der foretager biltransmissioner, hævet trækstyrken på 3D -trykt aluminiumslegeringsgear fra 320MPa til 380MPa og forlængelsesfrekvensen fra 8% til 12%.
Præcisionsbearbejdning: Kontrol af tolerancer ned til mikrometerniveauet
3D-trykte gear kan være nøjagtige til IT8-IT9-niveauer i starten, selvom gearkassesystemet normalt har brug for tolerancer for IT6-IT7-niveauer. Den fem-aksede kobling af CNC-fræsemaskine kan foretage præcise udskæringer på overfladerne på geartænder med en tandprofilfejl på mindre end 0,005 mm og en tandorienteringsfejl på mindre end 0,003 mm. En producent af værktøjer med høj præcision har sænket støjniveauet på 3D-trykte gear fra 75dB til 62dB ved hjælp af en "udskrivningsfræsning" -tilgang.
Styrke overfladen: gør den mere modstandsdygtig over for slid og korrosion
Laserbeklædningsteknologi kan sætte belægninger lavet af wolframcarbid (WC) eller nikkelbaserede legeringer på overfladen af ​​gear, hvilket gør dem så hårde som HRC60 eller højere. Et bestemt firma, der får minedriftudstyr til at sætte laserbeklædningsteknologi på 3D -trykte gear. Dette gjorde ubehandlede gear sidste fem gange længere og reduceret slid med 80% under mudrede forhold.
5. Industriel praksis: Fra test af prototyper til at lave mange af dem
Stål 3D -trykte gear er gået fra at blive brugt i laboratorier til at blive brugt i fabrikker. Nogle almindelige eksempler er:
området for rumfart
Airbus A380 -fly bruger 3D -trykte titanlegeringsudstyr i deres landingsgear -system. Antallet af dele er skåret ned fra 27 til 5, vægten skæres ned med 45%, og overfladetemperaturen på gearene skæres ned med 30 grader takket være konstruktionen af ​​et internt kølevandskredsløb. Dette gør landingsudstyret meget mere pålideligt.
Felt af robotik
UR5 -samarbejdsroboten fra Universal Robots har 3D -trykt aluminiumslegerings harmonisk reduktionsgear, der skærer ned på fælles belastninger med 30%, fordi de er så lette. Biomimetisk tanddesign reducerer også transmissionsfejlen fra 0,5 bue minutter til 0,2 bue minutter, hvilket gør roboten mere nøjagtig, mens den fungerer.
Felt af energiudstyr
State Power Investment Corporation's fjerde generation af atomkraftdampgenerator Gearbox Gear er lavet af 3D-trykte nikkelbaserede legeringsmateriale. Designet af et overensstemmende kølevandskredsløb gør varmeoverførselseffektiviteten 92%. Blockchain -teknologi gør det muligt at spore pulvermaterialer gennem hele deres livscyklus, hvilket holder atomkraftudstyr sikkert.