Jak używać metalowego druku 3D do produkcji przekładni w systemach skrzyni biegów?

1. Wybór odpowiedniego materiału: Jak zrównoważyć koszty i wydajność
Drukowanie metalowe 3DZębami należy wykonać z materiału, który równoważy możliwości mechaniczne, charakterystykę przetwarzania i koszty. Najczęstsze materiały są teraz stal nierdzewna, stop tytanowy, stop aluminium i wysoka stal stopowa-. Materiały te mają następujące właściwości i mogą być używane w następujących sytuacjach:
Stal nierdzewna, jak 316L
Oferuje dobrą odporność na korozję i umiarkowaną siłę, co czyni go dobrym wyborem dla aplikacji na poziomie -, w tym przetwarzania żywności i urządzeń chemicznych, które muszą być odporne na korozję. Pewna firma zajmująca się urządzeniami medycznymi korzysta z zestawów mikro biegów 3D 316L, które obniżyły liczbę części z 12 do 3, jednocześnie spełniając standard ISO 13485. To również skraca czas montażu o 70%.
Stop tytanowy, podobnie jak TC4, jest najlepszym wyborem w branży powietrznej, ponieważ jest lekki (4,5 g/cm³) i ma wysoką wytrzymałość specyficzną (wytrzymałość na rozciąganie większą lub równą 900 mPa). Boeing zmniejszył ciężar swojego systemu napędu anteny satelitarnej o 40% na 3D zębate planetarne tytanu. Wykorzystali również projekt optymalizacji topologii, aby przekładnie były trwałe przez ponad 100 000 cykli.
Stopy aluminium, takie ALSI10MG, są bardzo popularne w branży elektroniki użytkowej i motoryzacyjnej, ponieważ są łatwe w obsłudze i tanie (około jedna - trzecia cena stopów tytanowych). Pewien nowy producent pojazdów energetycznych wykorzystuje druk 3D za pomocą stopu aluminium do produkcji biegów skrzyni biegów. Dzięki optymalizacji wewnętrznej struktury sieci, masa przekładni jest wycinana o 35%, hałas jest wycinany przez 5dB, a koszt każdego komponentu jest wycinany o 22% w porównaniu z typowymi metodami kucia.
Można uzyskać twardość przekraczającą HRC45, stosując leczenie stwardnienia opadów na stali stopowej o wysokiej - jak 17-4ph. To sprawia, że ​​jest to dobre dla przemysłowych biegów, które muszą poradzić sobie z dużą wagą. Additec i Amorphology działały razem, aby wykonać 6-calowy drut elastycznego przewodu fali odkształceń, który jest drukowany 3D ze stalą 17-4ph. Zmniejsza to zużycie materiałów o 65% i koszty produkcji o 58%, jednocześnie zachowując nieruchomości zerowej.
2. Optymalizacja projektu: przechodzenie od granic geometrycznych do integracji funkcjonalnej
Fizyczne właściwości technik odejmujących ograniczają tradycyjny projekt przekładni. Z drugiej strony technologia drukowania 3D wykorzystuje optymalizację topologii i projekt biomimetyczny, aby głęboko zintegrować strukturę i funkcję.
Dokładna kontrola inwolucyjnego profilu zęba
Precyzja parametrów profilu zęba wpływa na to, jak dobrze zębate zębate. Oprogramowanie CAD, takie jak Fusion 360, ma zbudowany - w generatorze biegów, który może automatycznie ustalić ważne liczby, takie jak średnica wysokości, kąt ciśnienia (zwykle 20 stopni), moduł i wiele innych. Upewnia się, że błąd skrzyni biegów z przekładni drukowanych 3D wynosi 0,01 mm. Poprzez parametryczny projekt, pewna firma, która produkuje roboty przemysłowe, zwiększyła wydajność skrzyni biegów z przekładni redukujących harmoniczne z drukowaniem 3D z 82% do 91%.
Nowe zastosowanie konformalnego obwodu wody chłodzącej
Tradycyjne chłodzenie przekładni wykorzystuje kąpiele olejowe lub spraye z zewnątrz . 3 technologia drukowania, z drugiej strony, może wytwarzać skomplikowane drogi wodne wewnątrz biegu, takich spirali i drzew. Energia Siemensa sprawiła, że ​​temperatury powierzchniowe turbiny gazowej więcej nawet o 25% i ich żywotność zmęczenia termicznego trzy razy dłużej poprzez projektowanie wewnętrznych obwodów wody chłodzącej.
Lekka struktura kratowa przełom
Projekt kratowy może bardzo zmniejszyć wagę, zachowując siłę. Jedna firma, która produkuje silniki samolotów, wykorzystuje nadrukowane rdzenie zębatków o strukturze plastra miodu w 3D do produkcji biegów o średnicy o 40 mm o 40%. Używają również optymalizacji topologii, aby zmniejszyć współczynnik stężenia naprężeń o 60%.
3. Proces drukowania: podwójna pewność szybkości i dokładności
Głównymi krokami w metalowych przekładniach drukarskich 3D są selektywne topienie laserowe (SLM) i skierowane osadzanie energii (DED). Oto ich szczegóły techniczne i sytuacje, w których można ich użyć:
Proces SLM: wkładanie w działanie mikrometru - dokładność poziomu
Technologia SLM wykorzystuje silny laser do stopienia metalu proszku po jednej warstwie, tworząc precyzyjne formy o grubości warstwy 0,02–0,1 mm i chropowatości powierzchni Ra mniejszej lub równej 3,2 μm. Platinum BLT - S1500 to 32-letni system skanujący, który może drukować wiele biegów jednocześnie w komorze formującej o średnicy 1,5 metra. To skraca czas potrzebny na wydrukowanie jednego elementu o 80% w porównaniu z poprzednimi metodami.
Proces ded: tanio wytwarzanie dużych biegów
Technika DED wykorzystuje laser lub łuk do bezpośredniego składania metalowego drutu lub proszku do kształtu. Działa dobrze w przypadku dużych biegów o średnicy ponad 500 mm. Możesz użyć głowicy laserowej Melio Engine z maszynami CNC AddITEC do „drukowania frezowania” za jednym razem. Firma, która produkuje skrzynie biegów dla turbin wiatrowych, wykorzystuje technologię DED do drukowania biegów planetarnych o średnicy 1,2 m. Zwiększa to ilość materiału używanego z 15% w tradycyjnym kuciu do 85% i obniża czas potrzebny do dalszego przetwarzania o 70% poprzez mieszaną produkcję.
Drukowanie materiałów multi -: nowy sposób na funkcjonalność klasy
Dzięki dwukierunkowemu systemowi karmienia proszku DED Technology można uzyskać rozkład gradientu o cechach materiałowych na tym samym sprzęcie. Bimetaliczny sprzęt Amorphology ma powierzchnię zęba wykonaną z wysokiej - twardość martenzytyczna stal nierdzewna (HRC35) i rdzeń wykonany z wysokiej - Austenitic Austenitic Astenitic Stali Stael. To sprawia, że ​​sprzęt zużywa się -, jak i Impact - i trwa trzy razy dłużej niż bieg wykonany tylko z jednego materiału.
4. Post - Przetwarzanie: przechodzenie od części drukowanych do części roboczych
Metalowe przekładnie z drukowaniem 3D muszą przejść przez dodatkowe etapy, takie jak obróbka ciepła, precyzyjne obróbka i wzmacnianie powierzchni, aby pasowały do ​​ścisłych standardów systemu skrzyni biegów.
Obróbka cieplna: pozbądź się resztek stresu i poprawia mechaniczna wydajność
Aby pozbyć się stresu międzywarstwowego i poprawić strukturę ziarna, przekładnie drukowane w 3D zwykle wymagają wyżarzania odciążenia naprężenia (utrzymujące się w wysokości 500–600 stopni przez 2–4 godziny) i obróbki roztworu (hartowanie w wysokości 1050–1100). Poprzez technologię obróbki cieplnej konkretna firma, która wykonuje transmisje samochodu, podniosła wytrzymałość na rozciąganie zębatek z nadrukowanymi 3D z przekładni aluminium z 320 MPa do 380 MPa i szybkość wydłużenia z 8% do 12%.
Precyzyjne obróbka: kontrolowanie tolerancji do poziomu mikrometru
Przekładnie drukowane 3D mogą być dokładne dla IT8 - IT9 na początku, chociaż system skrzyni biegów zwykle wymaga tolerancji IT6 - IT7. Pięcioosiowa maszyna do frezowania CNC może wykonywać precyzyjne cięcia na powierzchni zębów przekładni, z błędem profilu zęba mniejszym niż 0,005 mm i błędem orientacji zęba mniejszym niż 0,003 mm. Producent bardzo precyzyjnych maszyn do maszyn obniżył poziom szumu zębatego zębate 3D z 75dB do 62dB przy użyciu podejścia „drukowania mielenia”.
Wzmocnienie powierzchni: czyniąc go bardziej odpornym na zużycie i korozję
Technologia okładzin laserowych może umieszczać powłoki wykonane z stopów na bazie węglików wolframowych (WC) lub niklu - na powierzchni biegów, co czyni je tak twardymi jak HRC60 lub wyższa. Pewna firma, która sprawia, że ​​sprzęt wydobywczy umieścił technologię okładzin laserowych na przekładniach drukowanych 3D. To sprawiło, że nieleczone biegi trwały pięć razy dłużej i zmniejszone zużycie o 80% w błotnistych warunkach.
5. Praktyka przemysłowa: od testowania prototypów po zrobienie wielu z nich
Stalowe przekładnie z nadrukiem stalowym wzrosły od używanych w laboratoriach do stosowania w fabrykach. Niektóre typowe przykłady to:
pole lotnicze
Samoloty Airbus A380 wykorzystują drukowane zębate tytanowe w 3D w swoim systemie lądowania. Liczba części jest obniżana z 27 do 5, waga jest obniżana o 45%, a temperatura powierzchni przekładni jest obniżana o 30 stopni dzięki budowie wewnętrznego obwodu wody chłodzącej. To sprawia, że ​​sprzęt do lądowania jest znacznie bardziej niezawodny.
Pole robotyki
Współpracujący robot UR5 z Universal Robots ma drukowane zębate harmoniczne ze stopu aluminium 3D, które zmniejszają obciążenia stawowe o 30%, ponieważ są one tak lekkie. Biomimetyczna konstrukcja zębów zmniejsza również błąd transmisji z 0,5 minuty do 0,2 minuty łuku, co sprawia, że ​​robot jest bardziej dokładny, gdy działa.
Pole sprzętu energetycznego
Sprzęt przekładnia przekładni nuklearnej generacji energii elektrycznej State Power Investment Corporation jest wykonany z materiału z nadrukowanego niklu 3D -. Projekt konformalnego obwodu wody chłodzącej sprawia, że ​​wydajność przenoszenia ciepła 92%. Technologia Blockchain umożliwia śledzenie materiałów proszkowych przez cały ich cykl życia, który zapewnia bezpieczeństwo sprzętu do energii jądrowej.