舍弗勒与德马吉森精机合作通过3D打印来制造梯度合金轴承

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提起大名鼎鼎的舍弗勒(Schaeffler),很多谷友或许了解舍弗勒在全球范围内开发并生产INA和FAG品牌的高质量滚动轴承、关节轴承、滑动轴承 和 直线运动产品。 为超过60个工业行业和众多汽车应用领域应用提供大约40,000种标准产品。

如今,这家不断创新的轴承界巨头正在于机床界巨头德马吉森精机(DMGMORI)合作,将混合增材制造技术应用到梯度合金轴承的制造中来。

舍弗勒与德马吉森精机合作通过3D打印来制造梯度合金轴承

作为两家公司合作项目的一部分,舍弗勒(Schaeffler)和德马吉森精机(DMG MORI)正在开发增材制造工艺,以生产梯度材料制成的滚动轴承零件。该项目采用的是DMG MORI的Lasertec 65 3D混合增材制造设备,该设备将激光沉积焊接与五轴铣削相结合。

舍弗勒正在内部扩大增材制造的应用领域,首次将粉末床金属3D打印工艺与Lasertec 65 3D混合增材制造工艺结合。舍弗勒选择Lasertec 65 3D的部分原因是这台设备的堆积率和可选用的材料的灵活性。此外,集成的五轴联动加工功能可以在单个装夹过程中生产出成品零件,这是Schaeffer认为可以进行批量生产的一项功能。

Lasertec 65 3D混合增材制造设备配备了两个粉末进料器,可以在激光沉积焊接过程中有针对性地控制从一种材料到另一种材料的切换。根据DMG MORI的说法,这可以用来制造不同材料特性之间平滑过渡的分级材料。材料的韧性和硬度可以在过度的过程中进行调节,并进行最佳的分配以适合个别应用的特定要求。

舍弗勒和DMG MORI正在测试合适的材料,目的是利用激光沉积焊接推进滚动轴承部件的小批量加工制造的开发。 舍弗勒关注的重点是实现优化产品,为最终客户提供附加价值。

舍弗勒多年来一直积极参与电动车赛车计划,并在其“明日汽车”战略的框架内进一步改进电驱动。通过Lasertec 65 3D混合增材制造设备上使用这种材料渐变将创造激动人心的发展机遇。例如,磁性和非磁性材料可以通过渐变来组合,并且根据需要调整组件的性能。

舍弗勒还计划将Lasertec 65 3D混合增材制造设备整合到零配件、小批量系列和单件零件的生产中。

3D科学谷REVIEW

众所周知,材料是限制3D打印进步的最大因素,而同时材料也是解放3D打印潜力的神奇钥匙。

而除了材料本身,加工工艺与材料深度结合起来,纳米材料增强合金、等轴细晶合金、梯度合金、非晶态金属、自愈合合金、超导材料、金属有机骨架材料的研发从微观层面上呈现出材料技术的潜能。

在由多种合金制成的零件中,通常需要用到钎焊的工艺。钎焊主要是通過加热到一定溫度使焊料熔化,从而把兩种一样材质或不同材质的金属连接在一起。钎焊时一般都发生母材向液体钎料的溶解过程,可使钎料成份合金化,有利于提高接头强度。钎焊时也出现钎料组份向母材的扩散,扩散以两种方式进行:一种是钎料组元向整个母材晶粒内部扩散,在母材毗邻钎缝处的一边形成固溶体层,对接头不会产生不良影响。另一种是钎料组元扩散到母材的晶粒边界,常常使晶界发脆,尤其是在薄件钎焊时比较明显。

2015年,美国宇航局(NASA)喷气推进实验室的科学家开发出一种新的3D打印技术,可在一个部件上混合打印多种金属或合金,解决了长期以来飞行器尤其是航天器零部件制造中所面临的一大难题。

多种合金的应用场景比较特殊,例如,一个零件的一侧要具备耐高温特性,而另一侧要具备低密度特性;或只能在一侧具有磁性。制造这样的零部件此前只能采用焊接的方法,先分别制造出不同的部件,然后再将它们焊接起来。但焊缝天然具有缺陷,容易脆化,在高强度压力下极易导致零件崩溃。当时NASA的3D打印技术,可以顺滑地从一种合金过渡到另外一种合金,此外,用它还可以研究各种潜在的合金。

具体到正文所提到的DMGMORI的混合增材制造工艺,NASA在2017年9月成功测试两种合金制成的3D打印火箭发动机点火器,该零部件由铜合金和Inconel合金制成,通过DMG MORI(德马吉森精机)开发的混合3D打印工艺生产出来,点火器部件的高度为10英寸、宽为7英寸。

通过3D打印过程将两种材料分散熔合在一起,两种材料内部晶粒产生粘结,使得任何硬质过渡都被消除,从而零件不会在巨大的压力和温度梯度变化下发生断裂情况。消除钎焊过程并将双金属材料制成单一组件,这不仅可以降低成本和制造时长,而且还可以通过提高组件的可靠性而降低质量风险。

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