¿Cómo usar la impresión 3D de metal para fabricar engranajes en los sistemas de transmisión?

1. Elegir el material correcto: cómo equilibrar el costo y el rendimiento
Impresión 3D de metalSe deben hacer engranajes de un material que equilibre las capacidades mecánicas, las características de procesamiento y el costo. Los materiales más comunes en este momento son el acero inoxidable, la aleación de titanio, la aleación de aluminio y el alto - acero de aleación de rendimiento. Estos materiales tienen las siguientes propiedades y pueden usarse en las siguientes situaciones:
Acero inoxidable, como 316L
Ofrece una buena resistencia a la corrosión y la fuerza moderada, por lo que es una buena opción para las aplicaciones de nivel de entrada - que incluyen procesamiento de alimentos y equipos químicos que deben ser resistentes a la corrosión. Una cierta compañía de dispositivos médicos utiliza juegos de micro engranajes impresos 3D de acero inoxidable 316L, que reducen el número de piezas de 12 a 3 mientras cumplen con el estándar ISO 13485. Esto también reduce el tiempo de ensamblaje en un 70%.
La aleación de titanio, como TC4, es la mejor opción en la industria de la aeronave, ya que es ligera (4.5G/cm³) y tiene una alta resistencia específica (resistencia a la tracción mayor o igual a 900MPa). Boeing ha reducido el peso de su sistema de transmisión de antena satelital en un 40% por engranajes planetarios de aleación de titanio en 3D. También utilizaron el diseño de optimización de topología para que los engranajes duren más de 100,000 ciclos.
Las aleaciones de aluminio, tales alsi10mg, son muy populares en la electrónica de consumo y las industrias automotrices porque son fáciles de trabajar y baratos (aproximadamente una - tercero el precio de las aleaciones de titanio). Un cierto nuevo fabricante de vehículos de energía emplea la impresión 3D con aleación de aluminio para hacer engranajes de caja de cambios. Al optimizar la estructura de la red interna, el peso de los engranajes se reduce en un 35%, el ruido se reduce en 5dB y el costo de cada componente se reduce en un 22% en comparación con los métodos de forja típicos.
Puede obtener la dureza que excede HRC45 mediante el tratamiento de endurecimiento por precipitación en High - Acero de aleación de rendimiento como 17-4ph. Esto lo hace bueno para los engranajes industriales que tienen que manejar mucho peso. Additec y la amorfología trabajaron juntos para hacer un alambre flexible de engranaje de onda de tensión de 6 pulgadas de diámetro que se imprime en 3D con acero de 17-4ph. Esto reduce el uso del material en un 65% y los costos de producción en un 58%, al tiempo que mantiene las propiedades de reacción de cero reacción.
2. Optimización del diseño: pasar de los límites geométricos a la integración funcional
Las propiedades físicas de las técnicas sustractivas restringen el diseño tradicional de engranajes. Por otro lado, la tecnología de impresión 3D utiliza optimización de topología y diseño biomimético para integrar profundamente la estructura y la función.
Control del perfil dental involte que es exacto
La precisión de los parámetros del perfil del diente afecta la malla de los engranajes involutivos. El software CAD como Fusion 360 tiene un generador construido - en Gear que puede encontrar automáticamente números importantes como el diámetro de tono, el ángulo de presión (típicamente 20 grados), el módulo y más. Esto asegura que el error de la caja de cambios de los engranajes impresos en 3D sea 0.01 mm. A través del diseño paramétrico, una determinada compañía que fabrica robots industriales ha aumentado la eficiencia de la caja de cambios de los engranajes de reductores armónicos impresos en 3D del 82% al 91%.
Nuevo uso del circuito de agua de enfriamiento conforme
El enfriamiento tradicional de engranajes utiliza baños de aceite o aerosoles desde el exterior . 3 D La tecnología de impresión, por otro lado, puede hacer vías fluviales complicadas dentro del equipo, tales espirales y árboles. Siemens Energy ha hecho que las temperaturas superficiales de los engranajes de turbinas de gas sean más incluso en un 25% y su vida útil de fatiga térmica tres veces más al diseñar circuitos de agua de enfriamiento internos.
Avance de la estructura de celosía liviana
El diseño de la red puede reducir mucho el peso mientras mantiene la fuerza. Una compañía que fabrica motores de avión emplea núcleos de panal impresos en 3D para hacer engranajes con un diámetro de 200 mm 40% más ligero. También usan la optimización de la topología para reducir el factor de concentración de estrés en un 60%.
3. El proceso de impresión: una doble seguridad de velocidad y precisión
Los pasos principales en los engranajes de impresión 3D de metal son la fusión láser selectiva (SLM) y la deposición de energía dirigida (DED). Aquí están sus detalles técnicos y las situaciones en las que se pueden usar:
El proceso SLM: Poner en acción Micrómetro - Precisión de nivel
La tecnología SLM emplea un poderoso láser para derretir el polvo de metal una capa a la vez, haciendo moldes de precisión con un espesor de capa de 0.02-0.1 mm y una rugosidad superficial de AR menor o igual a 3.2 μ m. El platino BLT - S1500 es un sistema de escaneo colaborativo de 32 láser que puede imprimir numerosos engranajes a la vez en una cámara de formación con un diámetro de 1.5 metros. Esto reduce el tiempo que lleva imprimir un elemento en un 80% en comparación con los métodos anteriores.
Proceso de DED: hacer grandes engranajes a bajo precio
DED Technique utiliza un láser o arco para depositar directamente el cable o el polvo de metal en forma. Funciona bien para grandes engranajes con un diámetro de más de 500 mm. Puede usar el cabezal láser de motor Meltio de Additec con máquinas CNC para hacer "fresado de impresión", todo de una vez. Una compañía que fabrica cajas de cambios para turbinas eólicas utiliza tecnología DED para imprimir engranajes planetarios que tienen 1,2 m de diámetro. Esto aumenta la cantidad de material utilizado desde el 15% en la falsificación tradicional al 85%, y reduce el tiempo necesario para un procesamiento adicional en un 70% a través de la fabricación mixta.
Multi - Impresión de material: una nueva forma de calificar la funcionalidad
Con el sistema de alimentación en polvo de doble línea de Ded Technology, puede obtener una distribución de gradiente de cualidades de material en el mismo equipo. El engranaje bimetálico de la Amorfología tiene una superficie dental hecha de alta -} dureza de acero inoxidable martensítico (HRC35) y un núcleo hecho de alto - Hardness de acero inoxidable austenítico. Esto hace que el engranaje se desgaste - e Impact - resistente, y dura tres veces más que un engranaje hecho de un solo material.
4. Post - Procesamiento: pasar de piezas impresas a piezas de trabajo
Los engranajes impresos en 3D de metal deben pasar por pasos adicionales como tratamiento térmico, mecanizado de precisión y fortalecimiento de la superficie para que coincidan con los estrictos estándares del sistema de la caja de cambios.
Tratamiento térmico: deshacerse del estrés sobrante y mejorar el rendimiento mecánico
Para deshacerse del estrés entre capas y mejorar la estructura del grano, los engranajes impresos en 3D generalmente necesitan recocido de alivio del estrés (manteniendo de 500 a 600 grados durante 2–4 horas) y el tratamiento de la solución (enfriamiento a 1050-1100 grados). A través de la tecnología de tratamiento térmico, una compañía en particular que fabrica transmisiones de automóviles ha elevado la resistencia a la tracción de los engranajes de aleación de aluminio impresos en 3D de 320MPA a 380MPA y la tasa de alargamiento del 8% al 12%.
Mecanizado de precisión: controlar las tolerancias hasta el nivel de micrómetro
Los engranajes impresos en 3D pueden ser precisos para IT8 - IT9 niveles al principio, aunque el sistema de caja de cambios generalmente necesita tolerancias de IT6 - IT7 niveles. La fresadora CNC de enlace de cinco ejes puede hacer cortes precisos en las superficies de los dientes de engranaje, con un error de perfil de dientes de menos de 0.005 mm y un error de orientación del diente de menos de 0.003 mm. Un fabricante de máquinas herramientas de alta precisión ha reducido el nivel de ruido de los engranajes impresos en 3D de 75dB a 62dB utilizando un enfoque de "fresado de impresión".
Fortalecer la superficie: haciéndolo más resistente al desgaste y la corrosión
La tecnología de revestimiento láser puede colocar recubrimientos hechos de carburo de tungsteno (WC) o aleaciones basadas en níquel - en la superficie de los engranajes, lo que las hace tan duras como HRC60 o más. Una determinada compañía que fabrica equipos mineros coloca la tecnología de revestimiento láser en engranajes impresos en 3D. Esto hizo que los engranajes no tratados duren cinco veces más y reducen el desgaste en un 80% en condiciones fangosas.
5. Práctica industrial: desde probar prototipos hasta hacer muchos de ellos
Los engranajes impresos en 3D de acero han pasado de ser utilizados en laboratorios a ser utilizados en fábricas. Algunos ejemplos comunes son:
el campo de los aeroespaciales
Los aviones Airbus A380 utilizan engranajes de aleación de titanio impresos en 3D en su sistema de tren de aterrizaje. El número de piezas se reduce de 27 a 5, el peso se reduce en un 45%y la temperatura de la superficie de los engranajes se reduce en 30 grados gracias a la construcción de un circuito de agua de enfriamiento interno. Esto hace que el tren de aterrizaje sea mucho más confiable.
Campo de robótica
El robot colaborativo UR5 de Universal Robots tiene engranajes reductores de armónicos de aleación de aluminio impresos en 3D que reducen las cargas de las articulaciones en un 30% porque son muy livianos. El diseño del diente biomimético también reduce el error de transmisión de 0.5 minutos a 0.2 minutos de arco, lo que hace que el robot sea más preciso mientras funciona.
Campo de equipos de energía
El equipo de la caja de cambios de Generador de vapor de potencia nuclear de cuarta generación de State Power Corporation está hecho de 3D - níquel impreso - Material de aleación basado en. El diseño de un circuito de agua de enfriamiento conforme hace que la eficiencia de transferencia de calor sea 92%. La tecnología blockchain permite rastrear materiales en polvo durante todo su ciclo de vida, lo que mantiene seguro el equipo de energía nuclear.