Làm thế nào bền được các bộ phận truyền dẫn được sản xuất bằng công nghệ in kim loại?

1. Hiệu suất vật chất: Một bước nhảy từ "có thể sử dụng" sang "tối ưu"
Đột phá trong nghiên cứu vật liệu đã làm cho in 3D kim loại kéo dài hơn. Ví dụ: Hợp kim Titanium, Niken - Hợp kim dựa trên và High- Hợp kim entropy đều cao - Vật liệu hiệu suất. Các bộ phận được in của chúng đã được thực hiện cũng như hoặc tốt hơn so với các phần rèn truyền thống ở nhiệt độ cao - và cao - các tình huống căng thẳng.
Hợp kim Titan là nhẹ và mạnh mẽ.
In 3D các bộ phận truyền hợp kim Titan là phổ biến trong ngành hàng không vũ trụ. Chẳng hạn, Bugatti tạo ra các máy nghe phanh Hợp kim Titan chỉ nặng 2,9 kg khi sử dụng công nghệ tan chảy giường trong laser (PBF - lb). Đây là giảm 41,6% trọng lượng so với các lần rèn truyền thống. Đồng thời, thiết kế tối ưu hóa cấu trúc liên kết cắt giảm 30% nồng độ ứng suất và giữ độ bền kéo ở 800MPa ở nhiệt độ cao 600 độ, đó là những gì hệ thống phanh đua F1 cần.
Niken - Hợp kim dựa trên sự ăn mòn và mệt mỏi
In 3D của các trục ổ đĩa hợp kim dựa trên niken - đã khắc phục vấn đề ăn mòn giữa các tế bào xảy ra trong các quy trình hàn truyền thống trong ngành hóa dầu. Sau 100.000 thử nghiệm mệt mỏi, các bộ phận trục Inconel 718 mà một công ty nhất định được sản xuất bằng công nghệ Melting Beam Melting (EBM) có tỷ lệ lan truyền vết nứt thấp hơn 50% so với việc rèn. Trong quá trình in, các cấu trúc hạt giống nhau phát triển, đó là chìa khóa để ngăn chặn các vết nứt bắt đầu.
Hợp kim entropy cao có thể thích ứng với một loạt các môi trường.
Bởi vì chúng có nhiều thành phần chính, các hợp kim entropy cao có thể giữ sức mạnh của chúng ngay cả ở nhiệt độ cao. Hợp kim entropy - cao để in 3D mà một nhóm nghiên cứu nhất định đã thực hiện tốt hơn 200% trong việc chống lại quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao 600 độ so với niken điển hình - Hợp kim dựa trên. Tối ưu hóa cấu trúc liên kết đã làm cho lưỡi tuabin động cơ hàng không nhẹ hơn 30% trong khi giữ cho chúng mạnh mẽ và kéo dài hơn 1,5 lần so với các bộ phận thông thường.
2. Cải thiện các quy trình: Chuyển từ "đúc" sang "hiệu suất có thể kiểm soát"
Sức mạnh của in 3D kim loại phụ thuộc vào vật liệu và các tham số quy trình được kiểm soát tốt như thế nào. Bằng cách tối ưu hóa các yếu tố như công suất laser, tốc độ quét và độ dày lớp theo cách hoạt động cùng nhau, có thể chủ động triệt tiêu các lỗ hổng bên trong ở các phần và kiểm soát chất lượng của mô theo một hướng nhất định.
Công nghệ ngăn chặn các khiếm khuyết
Lỗ chân lông và khe nứt là những vấn đề phổ biến nhất làm cho các sản phẩm in kém bền hơn. Ví dụ, với công nghệ SLM, kỹ thuật "Quét đảo" phân chia khu vực quét lớp -} thành một số hòn đảo nhỏ và thay đổi hướng quét một cách ngẫu nhiên. Điều này có thể giảm đáng kể ứng suất dư và độ xốp từ 3% xuống dưới 0,2%. Thử nghiệm siêu âm cho thấy mật độ lỗi bên trong của các bánh răng được in 3D được tạo ra bởi một công ty nhất định thấp hơn 80% so với các vật đúc truyền thống và các bánh răng kéo dài hơn ba lần trước khi chúng bị hỏng.
Điều chỉnh hiệu suất của các tổ chức
Kiểm soát đầu vào năng lượng laser cho phép có thể nhận được phân phối gradient kích thước hạt ở các phần khác nhau của phần. Chẳng hạn, quá cao - quét mật độ năng lượng được sử dụng tại khóa của trục truyền<10 μ m), which makes the material more resistant to wear. Low energy density scanning is used in the shaft area to create coarse grain regions (grain size 50–100 μ m) and make the material less brittle. Compared to regular parts, this "functionally graded material*" design makes 3D printed shaft parts work 40% better overall.
Công nghệ củng cố sau khi xử lý
Nhấn nóng (HIP) và PEENE SHOT là hai phương pháp xử lý - có thể làm cho các đối tượng in thậm chí còn bền hơn. Sau khi xử lý hông, người vận chuyển bánh răng hành tinh được in 3D được thực hiện bởi một công ty nhất định có mật độ cao hơn (từ 99,2% đến 99,95%) và độ bền tác động ở nhiệt độ phòng cao hơn (từ 25J/cm² đến 45J/cm²). Chụp điều trị peening làm tăng ứng suất nén bề mặt lên -600MPa và giới hạn mệt mỏi lên 25%.
3. Trường hợp ứng dụng: Từ phòng thí nghiệm đến nhà máy, xác thực
Nhiều ngành công nghiệp đã thử nghiệm độ bền của các bộ phận truyền in 3D kim loại và việc sử dụng chúng đang phát triển từ thiết bị kết thúc- đến các mặt hàng hàng ngày.
Không gian vũ trụ: Đĩa cho tuabin động cơ
Một công ty hàng không nhất định in niken - Discs tuabin hợp kim dựa trên công nghệ SLM. Nhiệt độ hoạt động được hạ xuống 50 độ bằng cách thêm các kênh làm mát phù hợp bên trong và trọng lượng được giảm 15% bằng cách tối ưu hóa cấu trúc liên kết. Sau 1000 giờ thử nghiệm băng ghế dự bị, tuổi thọ nhiệt độ- của nó đã tăng 20% ​​so với các lần rèn thường xuyên. Điều này có nghĩa là nó có thể đáp ứng nhu cầu của thế hệ động cơ máy bay mới.
Những chiếc xe năng lượng mới: Trục động cơ
Một công ty xe hơi cụ thể sử dụng 3D - Khuôn cát được in để thực hiện các lần chạy thử nghiệm thẻ thương mại - trục động cơ được làm mát. Thiết kế kênh dòng chảy xoắn ốc bên trong làm cho việc tản nhiệt tốt hơn 40% và trọng lượng tăng từ 8 kg đến 5 kg, giảm 37,5%. Cổ trục hầu như không làm giảm 0,02mm sau 200.000 km thử nghiệm thế giới -, ít hơn nhiều so với giới hạn thiết kế tiêu chuẩn là 0,1mm cho các bộ phận.
Tay cầm chung nhân tạo là một thiết bị y tế.
Một công ty y tế nhất định làm cho các khớp hông hợp kim Titanium thông qua in 3D. Trọng lượng được cắt giảm từ 200g thông thường xuống 120g với thiết kế cấu trúc mạng, và độ xốp được giữ từ 60% đến 80% để giúp các tế bào xương phát triển. Sau năm năm lâm sàng theo dõi -, thời gian phục hồi của bệnh nhân sau khi phẫu thuật bị cắt giảm 30%và tỷ lệ chân giả bị mất từ ​​5%xuống 0,5%.