Kuinka kestävät siirtoosat valmistetaan metallitulostustekniikalla?

1. Materiaalin suorituskyky: Hyppy "käyttökelpoisesta" "optimaaliseen"
Materiaalitutkimuksen läpimurtot ovat tehneet metallisesta 3D -tulostamisesta pidempään. Esimerkiksi titaaniseokset, nikkeli - -pohjaiset seokset ja korkeat - entropiaseokset ovat kaikki korkeat - suorituskykymateriaalit. Niiden tulostetut osat ovat suoriutuneet samoin tai parempia kuin perinteiset väärennökset korkeassa - lämpötilassa ja korkeat - stressitilanteet.
Titanium seos on kevyt ja vahva.
Titaniumseoksen lähetysosien 3D -tulostaminen on yleistä ilmailu- ja avaruusteollisuudessa. Esimerkiksi Bugatti valmistaa titaaniseoksen jarrujen kalliita, jotka painaavat vain 2,9 kg käyttämällä laserjauhevuoteen sulamista (pbf - lb) -tekniikkaa. Tämä on 41,6%: n painon aleneminen verrattuna perinteisiin armeijoihin. Samanaikaisesti topologian optimointisuunnittelu vähentää stressipitoisuuden aluetta 30% ja pitää vetolujuuden 800MPA: lla korkeassa lämpötilassa 600 asteessa, mitä F1 -kilpailujärjestelmät tarvitsevat.
Nikkeli - perustuvat seokset, jotka kestävät korroosiota ja väsymystä
Nikkelin 3D -tulostus - -pohjaiset kevytmetalli -akselit ovat vahvistaneet rakeiden välisen korroosion ongelman, joka tapahtuu perinteisissä hitsausmenettelyissä petrokemian teollisuudessa. 100 000 väsymistestauksen jälkeen Inconel 718 -akselin osat, jotka tietyn yrityksen tuottama elektronisäteen sulamistekniikka (EBM) -teknologialla, oli 50% alhaisempi halkeaman etenemisnopeus kuin väärentämisillä. Tulostusprosessin aikana kasvavat vähän tasa -arvoisia viljarakenteita, mikä on avain halkeamien lopettamiseen.
Korkeat entropiaseokset voivat sopeutua moniin ympäristöihin.
Koska heillä on useita pääkomponentteja, korkeat entropiaseokset voivat pitää voimansa jopa korkeissa lämpötiloissa. Korkea - entropia -seos 3D -tulostukseen, jonka tietty tutkimusryhmä on tehnyt 200% paremmin hapettumisessa korkeassa lämpötilassa 600 asteessa kuin tyypillinen nikkeli - -pohjaiset seokset. Topologian optimointi on tehnyt ilmailumoottorin turbiinin teristä 30% kevyemmäksi pitäen ne vahvoiksi ja kestäviksi 1,5 kertaa pidempään kuin tavalliset osat.
2. Prosessien parantaminen: siirtyminen "muovauksesta" "hallittavissa olevaan suorituskykyyn"
Metallin 3D -tulostuksen lujuus riippuu materiaalista ja siitä, kuinka hyvin prosessiparametreja ohjataan. Optimoimalla tekijät, kuten laservoima, skannauksenopeus ja kerrospaksuus yhdessä toimivalla tavalla, on mahdollista tukahduttaa aktiivisesti sisäiset puutteet osiin ja hallita kudoksen ominaisuuksia tiettyyn suuntaan.
Teknologia vikojen tukahduttamiseksi
Huokoset ja halkeamat ovat yleisimmät ongelmat, jotka tekevät painettuista tuotteista vähemmän kestäviä. Esimerkiksi SLM -tekniikalla "saaren skannaus" -tekniikka jakaa yhden - kerrosskannausalueen useisiin pieniin saariin ja muuttaa skannaussuuntaa satunnaisesti. Tämä voi huomattavasti alentaa jäännösjännitystä ja huokoisuutta 3%: sta alle 0,2%: iin. Ultraäänitestaus osoitti, että tietyn yrityksen valmistamien 3D -painettujen vaihteiden sisäinen vikatiheys oli 80% alhaisempi kuin perinteisten valujen ja vaihteet kestivät kolme kertaa pidempään ennen kuin ne hajosivat.
Organisaatioiden suorituskyvyn sääntely
Laserenergiatulon hallinta mahdollistaa raekokogradientin jakauman saamisen osan eri osissa. Esimerkiksi korkeaa - energian tiheyden skannausta käytetään lähetysakselin avainten avulla sakon - rakeisen vahvistusvyöhykkeen luomiseksi (rakeinen koko<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.
Teknologia vahvistamiseksi käsittelyn jälkeen
Kuuma isostaattinen puristus (lonkka) ja laukauksen peenaaminen ovat kaksi postia - käsittelymenetelmää, jotka voivat tehdä tulostetuista esineistä entistä kestävämpiä. HIP -hoidon jälkeen tietyn yrityksen tekemällä 3D -painetulla planeettavaihteistolla on korkeampi tiheys (99,2%: sta 99,95%: iin) ja korkeamman huoneenlämpötilan vaikutuksen sitkeys (25J/cm²: sta 45J/cm²). Shot Peening -käsittely nostaa pinnan puristusjännityksen -600MPA: n ja väsymisrajan 25%.
3. Sovellustapaus: Laboratoriosta tehtaalle, validointi
Useat teollisuudenalat ovat testanneet metallin 3D -tulostettujen voimansiirtoosien kestävyyttä, ja niiden käyttö kasvaa korkeasta - päätylaitteesta päivittäisiin esineisiin.
Aerospace: Levy moottoriturbiineille
Tietty ilmailuyritys tulostaa nikkeli - -pohjaisia ​​seosturbiinilevyjä SLM -tekniikan avulla. Käyttölämpötila alennetaan 50 asteessa lisäämällä sisäisiä konformaalisia jäähdytyskanavia, ja paino alenee 15% optimoimalla topologia. 1000 tunnin penkkitestauksen jälkeen sen korkea - lämpötilan ryömimys käyttöikä on noussut 20% verrattuna säännöllisiin armeijoihin. Tämä tarkoittaa, että se voi tyydyttää uuden sukupolven lentokoneiden moottorien tarpeet.
Uudet energiaautot: moottoriakseli
Tietty autoyritys käytti 3D - painettuja hiekkaluotteja kaupallisen korttiveden - jäähdytettyjen moottoriakselien koe -ajojen tekemiseksi. Sisiraalivirtauskanavan suunnittelu teki lämmön hajoamisesta 40% paremman, ja paino nousi 8 kg: sta 5 kg: iin, mikä on 37,5% lasku. Akselin kaula tuskin kului 0,02 mm 200 000 kilometrin todellisen - maailmankokeen jälkeen, mikä on paljon pienempi kuin osien tavanomainen suunnitteluraja 0,1 mm.
Keinotekoinen yhteinen kahva on lääketieteellinen laite.
Tiety lääketieteellinen yritys tekee titaaniseoksen hip -nivelvarret 3D -tulostuksen kautta. Paino leikataan tavanomaisesta 200 g: stä 120 g: iin hilarakenteen suunnittelulla, ja huokoisuus pidetään välillä 60–80% luusolujen kasvattamiseksi. Viiden vuoden kuluttua kliinisestä seurannasta - ylöspäin, potilaan palautumisaika leikkauksen jälkeen leikattiin 30%: lla, ja proteesin löysä nopeus laski 5%: sta 0,5%: iin.