Como usar a impressão 3D de metal para fabricar engrenagens em sistemas de transmissão?

1. Escolhendo o material certo: como equilibrar o custo e o desempenho
Impressão 3D de metalAs engrenagens precisam ser feitas de um material que equilibre recursos mecânicos, características de processamento e custo. Os materiais mais comuns no momento são aço inoxidável, liga de titânio, liga de alumínio e alto - aço de liga de desempenho. Esses materiais têm as seguintes propriedades e podem ser usados ​​nas seguintes situações:
Aço inoxidável, como 316L
Oferece boa resistência à corrosão e força moderada, tornando -a uma boa escolha para aplicativos de nível de entrada -, incluindo processamento de alimentos e equipamentos químicos que precisam ser resistentes à corrosão. Uma certa empresa de dispositivos médicos usa conjuntos de micro -engrenagens em aço inoxidável 316L, que cortam o número de peças de 12 a 3 enquanto ainda atendem ao padrão ISO 13485. Isso também reduz o tempo de montagem em 70%.
A liga de titânio, como o TC4, é a melhor escolha na indústria de aeronaves, pois é leve (4,5g/cm³) e possui uma força específica alta (resistência à tração maior ou igual a 900MPa). A Boeing reduziu o peso do seu sistema de acionamento de antenas de satélite em 40% por engrenagens planetárias de liga de titânio em impressão 3D. Eles também usaram o design de otimização de topologia para fazer com que as engrenagens duram mais de 100.000 ciclos.
As ligas de alumínio, como Alsi10mg, são muito populares nas indústrias eletrônicas de consumo e automotivas, porque são fáceis de trabalhar e baratos (aproximadamente um - terceiro o preço das ligas de titânio). Uma certa nova fabricante de veículos energéticos emprega impressão 3D usando liga de alumínio para fazer engrenagens da caixa de engrenagens. Ao otimizar a estrutura da rede interna, o peso das engrenagens é cortado em 35%, o ruído é cortado em 5dB e o custo de cada componente é reduzido em 22% em comparação com os métodos típicos de forjamento.
Você pode obter dureza excedendo o HRC45 usando o tratamento de endurecimento da precipitação em aço de liga de desempenho alto - como 17-4ph. Isso o torna bom para engrenagens industriais que precisam lidar com muito peso. Additec e Amorfologia trabalharam juntos para fazer um fio flexível de engrenagem de onda de deformação de 6 polegadas de diâmetro que é impresso em 3D com aço de 17 a 4ph. Isso reduz o uso do material em 65% e os custos de produção em 58%, mantendo as propriedades zero de reação.
2. Otimização do projeto: passando de limites geométricos para integração funcional
As propriedades físicas das técnicas subtrativas restringem o design tradicional de engrenagens. Por outro lado, a tecnologia de impressão 3D usa otimização de topologia e design biomimético para integrar profundamente a estrutura e a função.
Controle do perfil de dente involuto que é exato
A precisão dos parâmetros do perfil do dente afeta o quão bem a malha de engrenagens involutivas. O software CAD como o Fusion 360 possui um - no gerador de engrenagens que pode descobrir automaticamente números importantes, como diâmetro de inclinação, ângulo de pressão (normalmente 20 graus), módulo e muito mais. Isso garante que o erro da caixa de engrenagens das engrenagens impressas em 3D seja de 0,01 mm. Através do design paramétrico, uma certa empresa que produz robôs industriais aumentou a eficiência da caixa de engrenagens das engrenagens de redutor harmônico impressos em 3D de 82% para 91%.
Novo uso de circuito de água de resfriamento conforme
O resfriamento tradicional da engrenagem usa banhos de óleo ou sprays de fora da tecnologia de impressão externa . 3 d, por outro lado, pode fazer hidrovias complicadas dentro da engrenagem, essas espirais e árvores. A Siemens Energy tornou as temperaturas da superfície das engrenagens de turbinas a gás mais uniformes em 25% e sua vida de fadiga térmica três vezes mais, projetando circuitos de água de resfriamento interno.
Avanço da estrutura leve da rede
O design da rede pode reduzir muito o peso, mantendo a força. Uma empresa que fabrica motores de avião emprega núcleos de engrenagem de favo de mel impressa em 3D para fazer engrenagens com um diâmetro de 200 mm 40% mais leve. Eles também usam otimização da topologia para reduzir o fator de concentração de tensão em 60%.
3. O processo de impressão: uma dupla garantia de velocidade e precisão
As principais etapas nas engrenagens de impressão 3D de metal são a fusão a laser seletiva (SLM) e a deposição de energia direcionada (DED). Aqui estão seus detalhes técnicos e as situações em que eles podem ser usados:
O processo SLM: colocando em ação micrômetro - precisão do nível
A tecnologia SLM emprega um laser poderoso para derreter o pó de metal uma camada de cada vez, fazendo moldes de precisão com uma espessura de camada de 0,02-0,1 mm e uma rugosidade da superfície de AR menor ou igual a 3,2 μm. O platinum BLT - S1500 é um sistema de varredura colaborativo de 32 laser que pode imprimir inúmeras engrenagens de uma só vez em uma câmara de formação com um diâmetro de 1,5 metros. Isso reduz o tempo necessário para imprimir um item em 80% em comparação com os métodos anteriores.
Processo Ded: Fazendo grandes engrenagens baratas
A Técnica DE usa um laser ou arco para depositar diretamente o fio de metal ou pó em forma. Funciona bem para engrenagens grandes com um diâmetro de mais de 500 mm. Você pode usar a cabeça do laser do motor Meltio da Additec com máquinas CNC para fazer a "moagem de impressão" de uma só vez. Uma empresa que fabrica caixas de câmbio para turbinas eólicas utiliza tecnologia Ded para imprimir engrenagens planetárias com 1,2 milhão de diâmetro. Isso aumenta a quantidade de material usado de 15% na forjamento tradicional para 85% e reduz o tempo necessário para um processamento adicional em 70% através da fabricação mista.
Multi - Impressão de material: uma nova maneira de classificar a funcionalidade
Com o sistema de alimentação em pó de linha dupla da Ded Technology, você pode obter uma distribuição de gradiente de qualidades materiais no mesmo equipamento. A engrenagem bimetálica da Amorfologia possui uma superfície dentária feita de aço inoxidável martensítico- (HRC35) e um núcleo feito de aço inoxidável austenítico alto -}}. Isso faz com que a engrenagem desgaste - e o impacto - resistente e dura três vezes mais que uma engrenagem feita de apenas um material.
4.
As engrenagens impressas em metal 3D precisam passar por etapas extras, como tratamento térmico, usinagem de precisão e fortalecimento da superfície para corresponder aos padrões estritos do sistema da caixa de engrenagens.
Tratamento térmico: Livre -se do estresse restante e melhore o desempenho mecânico
Para se livrar do estresse entre camadas e melhorar a estrutura de grãos, as engrenagens impressas em 3D geralmente precisam de recozimento de alívio do estresse (mantendo 500 a 600 graus por 2 a 4 horas) e tratamento da solução (extinção a 1050 a 1100 graus). Através da tecnologia de tratamento térmico, uma empresa específica que faz transmissões de carros aumentou a resistência à tração das engrenagens de liga de alumínio impressas em 3D de 320mpa a 380MPa e a taxa de alongamento de 8% a 12%.
Usinagem de precisão: controlando as tolerâncias até o nível de micrômetros
As engrenagens impressas em 3D podem ser precisas para os níveis IT8 - IT9 a princípio, embora o sistema da caixa de engrenagens geralmente precise de tolerâncias dos níveis de IT6 - IT7. A máquina de moagem CNC de ligação de cinco eixos pode fazer cortes precisos nas superfícies dos dentes da engrenagem, com um erro de perfil de dente inferior a 0,005 mm e um erro de orientação do dente inferior a 0,003 mm. Um fabricante de máquinas-ferramentas de alta precisão reduziu o nível de ruído de engrenagens impressas em 3D de 75dB para 62dB usando uma abordagem de "moagem de impressão".
Fortalecendo a superfície: tornando -o mais resistente ao desgaste e corrosão
A tecnologia de revestimento a laser pode colocar os revestimentos feitos de ligas baseadas em tungstênio (WC) ou níquel - baseadas na superfície das engrenagens, tornando -as tão difíceis quanto HRC60 ou superior. Uma certa empresa que faz com que o equipamento de mineração coloque a tecnologia de revestimento a laser em engrenagens impressas em 3D. Isso fez com que as engrenagens não tratadas duram cinco vezes mais e reduziam o desgaste em 80% em condições lamacentas.
5. Prática industrial: de testar protótipos a fazer muitos deles
As engrenagens impressas em aço 3D passaram de ser usadas em laboratórios para serem usadas em fábricas. Alguns exemplos comuns são:
o campo da aeroespacial
Os aviões Airbus A380 usam engrenagens de liga de titânio impressas em 3D em seu sistema de trem de pouso. O número de peças é reduzido de 27 a 5, o peso é reduzido em 45%e a temperatura da superfície das engrenagens é reduzida em 30 graus, graças à construção de um circuito de água de resfriamento interno. Isso torna o trem de pouso muito mais confiável.
Campo da robótica
O robô colaborativo do UR5 da Universal Robots possui engrenagens de redutores harmônicos de liga de alumínio impressos em 3D que reduzem as cargas articulares em 30% porque são muito leves. O projeto biomimético dos dentes também reduz o erro de transmissão de 0,5 minutos de arco para 0,2 minutos de arco, o que torna o robô mais preciso enquanto funciona.
Campo de equipamentos energéticos
A engrenagem da caixa de engrenagem do gerador de vapor nuclear de energia nuclear da corporação de energia do estado de energia do estado é feita de níquel 3D - impresso - baseado em liga baseada em base. O projeto de um circuito de água de resfriamento conforme torna a eficiência da transferência de calor 92%. A tecnologia blockchain possibilita rastrear materiais em pó durante todo o seu ciclo de vida, o que mantém o equipamento de energia nuclear em segurança.