Làm thế nào để sử dụng in 3D kim loại để sản xuất bánh răng trong hệ thống truyền tải?

1. Chọn đúng tài liệu: Cách cân bằng chi phí và hiệu suất
In 3D kim loạiBánh răng cần được làm bằng một vật liệu cân bằng khả năng cơ học, đặc điểm xử lý và chi phí. Các vật liệu phổ biến nhất hiện nay là thép không gỉ, hợp kim titan, hợp kim nhôm và thép hợp kim hiệu suất cao-. Những vật liệu này có các thuộc tính sau và có thể được sử dụng trong các tình huống sau:
Thép không gỉ, như 316L
Nó cung cấp khả năng chống ăn mòn và sức mạnh vừa phải tốt, làm cho nó trở thành một lựa chọn tốt cho các ứng dụng cấp - bao gồm chế biến thực phẩm và thiết bị hóa học cần chống ăn mòn. Một công ty thiết bị y tế nhất định sử dụng các bộ thiết bị vi mô in 3D bằng thép không gỉ 316L, cắt giảm số lượng bộ phận từ 12 xuống 3 trong khi vẫn đáp ứng tiêu chuẩn ISO 13485. Điều này cũng cắt giảm thời gian lắp ráp 70%.
Hợp kim Titan, giống như TC4, là lựa chọn tốt nhất trong ngành máy bay vì nó nhẹ (4,5g/cm³) và có cường độ riêng cao (cường độ kéo lớn hơn hoặc bằng 900MPa). Boeing đã cắt giảm trọng lượng của hệ thống truyền động ăng -ten vệ tinh xuống 40% bằng cách in 3D các bánh răng hành tinh hợp kim titan. Họ cũng sử dụng thiết kế tối ưu hóa cấu trúc liên kết để làm cho các bánh răng kéo dài hơn 100.000 chu kỳ.
Hợp kim nhôm, ALSI10MG như vậy, rất phổ biến trong các ngành công nghiệp điện tử và ô tô tiêu dùng vì chúng dễ làm việc và rẻ (khoảng một - thứ ba giá của hợp kim titan). Một nhà sản xuất xe năng lượng mới nhất định sử dụng in 3D bằng hợp kim nhôm để làm bánh răng. Bằng cách tối ưu hóa cấu trúc mạng bên trong, trọng lượng của bánh răng bị cắt giảm 35%, nhiễu được cắt giảm 5dB và chi phí của mỗi thành phần được cắt giảm 22% so với các phương pháp rèn thông thường.
Bạn có thể nhận được độ cứng vượt quá HRC45 bằng cách sử dụng xử lý làm cứng lượng mưa trên thép hợp kim hiệu suất cao- như 17-4ph. Điều này làm cho nó tốt cho các bánh răng công nghiệp phải xử lý nhiều trọng lượng. Additec và Amorphology đã làm việc cùng nhau để tạo ra một dây linh hoạt trên đường kính 6 inch được in bằng thép 17-4-4. Điều này cắt giảm việc sử dụng vật liệu 65% và chi phí sản xuất thêm 58%, trong khi vẫn giữ các thuộc tính phản ứng dữ dội bằng không.
2. Tối ưu hóa thiết kế: Đi từ giới hạn hình học sang tích hợp chức năng
Các tính chất vật lý của các kỹ thuật trừ hạn chế thiết kế bánh răng truyền thống. Mặt khác, công nghệ in 3D sử dụng tối ưu hóa cấu trúc liên kết và thiết kế sinh học để tích hợp sâu sắc cấu trúc và chức năng.
Kiểm soát hồ sơ răng không liên quan chính xác
Độ chính xác của các thông số hồ sơ răng ảnh hưởng đến việc lưới bánh răng liên quan đến mức độ như thế nào. Phần mềm CAD như Fusion 360 có - được xây dựng trong trình tạo bánh răng có thể tự động tìm ra các số quan trọng như đường kính cao độ, góc áp suất (thường là 20 độ), mô đun, v.v. Điều này đảm bảo rằng lỗi hộp số của bánh răng in 3D là 0,01mm. Thông qua thiết kế tham số, một công ty nhất định làm cho robot công nghiệp đã tăng hiệu quả của hộp số của các bánh răng giảm âm được in 3D từ 82% lên 91%.
Sử dụng mới mạch nước làm mát phù hợp
Làm mát thiết bị truyền thống sử dụng bồn tắm dầu hoặc thuốc xịt từ bên ngoài . 3 d công nghệ in, mặt khác, có thể tạo ra các tuyến đường thủy phức tạp bên trong bánh răng, như vậy, các vòng xoắn và cây. Siemens Energy đã làm cho nhiệt độ bề mặt của Turbine Gears Gears hơn 25% và tuổi thọ nhiệt của chúng lâu hơn ba lần bằng cách thiết kế các mạch nước làm mát bên trong.
Bước đột phá cấu trúc mạng nhẹ
Thiết kế mạng có thể cắt giảm trọng lượng rất nhiều trong khi giữ sức mạnh. Một công ty sản xuất động cơ máy bay sử dụng các lõi bánh răng tổ ong in 3D để làm cho bánh răng có đường kính nhẹ hơn 200mm 40%. Họ cũng sử dụng tối ưu hóa cấu trúc liên kết để cắt giảm 60%yếu tố tập trung căng thẳng.
3. Quá trình in: sự đảm bảo gấp đôi về tốc độ và độ chính xác
Các bước chính trong bánh răng in 3D kim loại là sự nóng chảy laser chọn lọc (SLM) và lắng đọng năng lượng theo hướng (DED). Dưới đây là các chi tiết kỹ thuật của họ và các tình huống mà chúng có thể được sử dụng:
Quá trình SLM: Đưa vào Micromet hành động - Độ chính xác cấp độ
Công nghệ SLM sử dụng một loại laser mạnh mẽ để làm tan chảy bột kim loại một lớp tại một thời điểm, tạo ra các khuôn chính xác với độ dày lớp 0,02, 0,1 mm và độ nhám bề mặt RA nhỏ hơn hoặc bằng 3,2 m. BLT BLT - S1500 là hệ thống quét hợp tác 32 laser có thể in nhiều bánh răng cùng một lúc trong buồng tạo thành đường kính 1,5 mét. Điều này cắt giảm thời gian để in một mục bằng 80% so với các phương pháp trước đó.
Quy trình DED: Làm cho các bánh răng lớn với giá rẻ
Kỹ thuật DED sử dụng tia laser hoặc vòng cung để đặt dây kim loại hoặc bột thành hình thành trực tiếp. Nó hoạt động tốt cho các bánh răng lớn với đường kính hơn 500 mm. Bạn có thể sử dụng đầu laser động cơ Meltio của Additec với các máy CNC để thực hiện "in phay" tất cả trong một lần. Một công ty sản xuất hộp số cho tuabin gió sử dụng công nghệ DED để in các bánh răng hành tinh có đường kính 1,2m. Điều này làm tăng lượng vật liệu được sử dụng từ 15% trong việc rèn truyền thống lên 85%, và nó cắt giảm thời gian cần thiết để xử lý thêm 70% thông qua sản xuất hỗn hợp.
Multi - in
Với hệ thống cho ăn bột hai dòng của DED Technology, bạn có thể nhận được sự phân phối độ dốc của các phẩm chất vật chất trong cùng một thiết bị. Thiết bị lưỡng kim của Amorphology có bề mặt răng được làm từ cao - Thép không gỉ martensitic (HRC35) và lõi làm bằng thép không gỉ độ cứng-. Điều này làm cho các thiết bị cả mặc - và Impact - chịu được và nó kéo dài gấp ba lần so với một bánh răng chỉ làm bằng một vật liệu.
4. Bài đăng - Xử lý: Đi từ các bộ phận in sang các bộ phận làm việc
Các bánh răng in 3D kim loại cần phải trải qua các bước bổ sung như xử lý nhiệt, gia công chính xác và tăng cường bề mặt để phù hợp với các tiêu chuẩn nghiêm ngặt của hệ thống hộp số.
Điều trị nhiệt: Loại bỏ căng thẳng còn sót lại và làm cho hiệu suất cơ học tốt hơn
Để loại bỏ căng thẳng xen kẽ và cải thiện cấu trúc hạt, các bánh răng in 3D thường cần được giảm bớt căng thẳng (giữ ở 500, 600 độ trong 2 giờ 4 giờ) và xử lý giải pháp (làm nguội ở 1050. Thông qua công nghệ xử lý nhiệt, một công ty cụ thể thực hiện truyền tải xe đã tăng cường độ kéo của bánh răng hợp kim nhôm in 3D từ 320MPa lên 380MPa và tỷ lệ kéo dài từ 8% đến 12%.
Gia công chính xác: Kiểm soát dung sai xuống cấp Micrometre
Các bánh răng được in 3D có thể chính xác với IT8 - IT9 Lúc đầu, mặc dù hệ thống hộp số thường cần dung sai của IT6 - IT7. Máy phay CNC liên kết năm trục có thể thực hiện các vết cắt chính xác trên các bề mặt của răng bánh răng, với sai số cấu hình răng dưới 0,005mm và sai số định hướng răng dưới 0,003mm. Một nhà sản xuất các công cụ máy móc chính xác cao đã hạ thấp mức độ nhiễu của các bánh răng in 3D từ 75dB xuống còn 62dB bằng cách sử dụng phương pháp "in phay".
Tăng cường bề mặt: làm cho nó chống mài mòn và ăn mòn hơn
Công nghệ ốp laser có thể đặt các lớp phủ làm từ cacbua vonfram (WC) hoặc niken - hợp kim dựa trên bề mặt bánh răng, làm cho chúng cứng như HRC60 hoặc cao hơn. Một công ty nhất định làm cho thiết bị khai thác đặt công nghệ ốp laser trên các bánh răng in 3D. Điều này làm cho các bánh răng không được xử lý kéo dài năm lần dài hơn và giảm 80% hao mòn trong điều kiện bùn.
5. Thực hành công nghiệp: Từ các nguyên mẫu thử nghiệm đến việc tạo ra rất nhiều trong số chúng
Các bánh răng in 3D thép đã đi từ việc được sử dụng trong các phòng thí nghiệm để được sử dụng trong các nhà máy. Một số ví dụ phổ biến là:
lĩnh vực hàng không vũ trụ
Các máy bay Airbus A380 sử dụng các bánh răng hợp kim titan in 3D trong hệ thống thiết bị hạ cánh của chúng. Số lượng các bộ phận bị cắt giảm từ 27 xuống 5, trọng lượng được giảm 45%và nhiệt độ bề mặt của các bánh răng bị giảm 30 độ nhờ xây dựng mạch nước làm mát bên trong. Điều này làm cho thiết bị hạ cánh đáng tin cậy hơn nhiều.
Lĩnh vực robot
Robot hợp tác UR5 từ Universal Robot có các bánh răng giảm âm hợp kim nhôm in 3D cắt giảm 30% tải trọng vì chúng rất nhẹ. Thiết kế răng sinh học cũng làm giảm lỗi truyền từ 0,5 phút vòng cung xuống 0,2 phút cung, điều này làm cho robot chính xác hơn trong khi nó hoạt động.
Lĩnh vực thiết bị năng lượng
Gearbox Gearbox Gearbox Hộp số máy phát hơi năng lượng thế hệ năng lượng thứ tư của Tập đoàn thứ tư được làm bằng 3D - in Niken - Vật liệu hợp kim dựa trên. Thiết kế của mạch nước làm mát phù hợp làm cho hiệu suất truyền nhiệt 92%. Công nghệ blockchain giúp có thể theo dõi các vật liệu bột trong suốt vòng đời của họ, điều này giữ cho thiết bị năng lượng hạt nhân an toàn.