금속 인쇄 기술을 사용하여 변속기 부품을 제조하는 것은 얼마나 내구성이 있습니까?

1. 재료 성능 : "사용 가능한"에서 "최적"으로의 점프
재료 연구의 혁신으로 인해 금속 3D 프린팅이 더 오래 지속되었습니다. 예를 들어, 티타늄 합금, 니켈 - 기반 합금 및 높은 - 엔트로피 합금은 모두 - 성능 재료입니다. 그들의 인쇄 부품은 높은 - 온도와 높은 - 응력 상황에서 전통적인 마구간보다 더 나은 성능을 발휘했습니다.
티타늄 합금은 가볍고 강합니다.
티타늄 합금 전송 부품의 3D 인쇄는 항공 우주 산업에서 일반적입니다. 예를 들어 Bugatti는 레이저 분말 침대 용융 (PBF - lb) 기술을 사용하여 무게가 2.9kg에 불과한 티타늄 합금 브레이크 캘리퍼를 만듭니다. 이것은 전통적인 용서에 비해 체중이 41.6% 감소합니다. 동시에, 토폴로지 최적화 설계는 응력 농도 영역을 30% 줄이고 800mpa에서 인장 강도를 600 도의 고온에서 유지합니다. 이는 F1 경주 제동 시스템에 필요한 것입니다.
부식과 피로에 저항하는 니켈 - 기반 합금
니켈의 3D 프린팅 - 기반 합금 드라이브 샤프트는 석유 화학 산업의 전통적인 용접 절차에서 발생하는 곡물 간 부식 문제를 해결했습니다. 10 만 건의 피로 테스트 후, EBM (Electron Beam Melting) 기술을 사용하여 특정 회사가 생산 한 Inconel 718 샤프트 부품은 용서보다 균열 전파 속도가 50% 더 낮았습니다. 인쇄 과정에서 거의 등간 곡물 구조가 자라며, 이는 균열이 시작되는 것을 막는 열쇠입니다.
높은 엔트로피 합금은 광범위한 환경에 적응할 수 있습니다.
그것들은 여러 주요 성분을 가지고 있기 때문에 높은 엔트로피 합금은 고온에서도 강도를 유지할 수 있습니다. 특정 연구 팀이 만든 3D 프린팅에 대한 높은 - 엔트로피 합금은 전형적인 니켈 - 기반 합금보다 600 도의 고온에서 산화에 저항하는 데 200% 더 우수합니다. 토폴로지 최적화로 항공 엔진 터빈 블레이드는 30% 가벼워지면서 규칙적인 부품보다 1.5 배 더 오래 지속됩니다.
2. 프로세스 개선 : "성형"에서 "제어 가능한 성능"으로 이동
금속 3D 프린팅의 강도는 재료와 프로세스 매개 변수가 얼마나 잘 제어되는지에 따라 다릅니다. 함께 작동하는 방식으로 레이저 파워, 스캐닝 속도 및 층 두께와 같은 요소를 최적화함으로써, 부분의 내부 결함을 적극적으로 억제하고 특정 방향으로 조직의 품질을 제어 할 수 있습니다.
결함 억제 기술
모공과 균열은 인쇄물을 덜 내구성있게 만드는 가장 일반적인 문제입니다. 예를 들어, SLM 기술을 사용하면 "섬 스캐닝"기술은 단일 - 층 스캐닝 영역을 여러 작은 섬으로 나누고 스캐닝 방향을 무작위로 변경합니다. 이것은 잔류 응력과 다공성을 3%에서 0.2% 미만으로 크게 낮출 수 있습니다. 초음파 테스트에 따르면 특정 회사가 만든 3D 프린트 기어의 내부 고장 밀도는 전통적인 주물보다 80% 낮았으며 기어는 파손되기 전에 3 배 더 오래 지속되었습니다.
조직의 성과 규제
레이저 에너지 입력을 제어하면 부품의 다른 부분에서 입자 크기 구배 분포를 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 높은 - 에너지 밀도 스캐닝은 변속기 샤프트의 키웨어에서 미세한 - 그레인 강화 구역 (입자 크기<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.
처리 후 강화 기술
뜨거운 등방성 프레스 (hip) 및 샷 피닝은 인쇄 된 물체를 더욱 내구성있게 만들 수있는 두 개의 게시물 - 처리 방법입니다. 고관절 처리 후, 특정 회사가 만든 3D 인쇄 행성 기어 캐리어는 밀도가 높고 (99.2% ~ 99.95%), 25J/cm² ~ 45J/cm²)가 더 높은 실내 온도 충격 인성을 갖습니다. 샷 피닝 처리는 표면 압축 응력을 -600mpa로, 피로 한계는 25%증가합니다.
3. 신청 사례 : 실험실에서 공장까지, 검증
다중 산업에서 금속 3D 인쇄 변속기 부품의 지구력을 테스트했으며, 그 사용은 높은 - 엔드 장비에서 일상 품목으로 증가하고 있습니다.
항공 우주 : 엔진 터빈 용 디스크
특정 항공 회사는 SLM 기술을 사용하여 니켈 - 기반 합금 터빈 디스크를 인쇄합니다. 내부 컨 포멀 냉각 채널을 추가하여 작동 온도가 50도 낮아지고, 토폴로지를 최적화함으로써 무게는 15% 감소합니다. 1000 시간의 벤치 테스트 후, 높은 - 온도 크리프 수명은 일반적인 용서에 비해 20% 증가했습니다. 이는 차세대 항공기 엔진의 요구를 충족시킬 수 있음을 의미합니다.
새로운 에너지 자동차 : 모터 샤프트
특정 자동차 회사는 3D - 인쇄 모래 금형을 사용하여 상용 카드 물 - 냉각 모터 샤프트를 테스트합니다. 내부 나선 흐름 채널 설계는 열 소산을 40% 더 좋게 만들었고 무게는 8kg에서 5kg으로 37.5% 감소했습니다. 액슬 넥은 20 만 킬로미터의 실제 - 세계 테스트 후에 0.02mm를 거의 감소 시켰으며, 이는 부품의 경우 표준 설계 한계보다 훨씬 적습니다.
인공 조인트 핸들은 의료 기기입니다.
특정 의료 회사는 3D 프린팅을 통해 티타늄 합금 고관절 줄기를 만듭니다. 무게는 격자 구조 설계를 통해 일반적인 200g ~ 120g에서 절단되고, 뼈 세포가 성장하도록 돕기 위해 기공성은 60% 내지 80%로 유지됩니다. 5 년간의 임상 적으로 -가 추종 한 후, 수술 후 환자의 회복 시간은 30%줄었고, 보철물이 느슨해지는 비율은 5%에서 0.5%로 떨어졌습니다.