激光金属沉积3D打印混合制造工艺,实现大型高强钢齿轮箱部件批产

2022-02-16 09:36啸云3D打印
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AddiTec公司是著名3D打印机设备制造商Meltio的创始伙伴和经销商。它与美国国家航空航天局(NASA)专门从事先进材料的衍生公司Amorphology展开合作,用以开发特殊的3D打印齿轮箱部件。

△两家公司已经3D打印了一个6英寸直径的应变波齿轮挠性线,作为合作的一部分。照片来自AddiTec


据悉,这两家制造商合作的初衷是利用增材制造来开发大型钢制应变波齿轮挠性线。应变波齿轮是一种用于机器人手臂和精密运动系统的特殊类型的齿轮箱。它们结构紧凑,具有零齿隙的特点,并通过一个被称为挠性线的齿轮薄壁杯来传输扭矩。
当使用传统的制造技术时,挠性线是拉高应变波齿轮箱制造成本的原因。这可以归因于精确的齿轮齿和柔性壁等特征,使应变波齿轮成为六自由度(6DOF)机器人手臂成本的重要部分。
Amorphology公司首席技术官GlennGarrett博士说:"传统工艺在加工直径6到8英寸的柔性齿轮时,大型钢原料可能会减少至原来的10%。从成本和可持续发展的角度来看,这是一个不利因素,因为能源和材料被浪费在生产一个只有原始库存的零件上。
3D打印工艺
通过选择增材制造,就有可能以大大降低的3D打印这些齿轮挠性线的成本,简化传统的制造工作流程,并使高性能钢的使用具有成本效益。
Amorphology公司和AddiTec公司已经联合开发了一个使用17-4沉淀硬化钢的6英寸直径应变波齿轮挠性线。部件原型是3D打印的,然后在运行Meltio装置(一个模块化的定向能沉积DED打印头)的哈斯数控混合系统上进行数控加工。
除了削减材料用量和生产成本,该方法还能按需制造各种规格的挠性线。这意味着用户不必在任何时候都保持每种直径的库存,从而减少仓储和物流成本。
AddiTec公司业务发展经理YashBandari博士说:"我们很高兴能与Amorphology公司合作,通过大幅减少昂贵的机械加工,为他们提供制造零件的解决方案。我们期待着一起合作,推动创新。“

△加工挠性线与混合3D打印挠性线。图片来自AddiTec。


Meltio的激光金属沉积技术
AddiTec公司将示范零件的成功归功于Meltio的激光金属沉积(LMD)技术的能力。DED工艺与线材和粉末材料兼容,使用激光束将金属原料熔化成焊珠。这些焊珠层层叠加,制造出完全致密的、接近网状的金属零件,如挠性线。Meltio Engine激光头可以加装到各种控制系统,包括数控机床、机器人和龙门系统。



AddiTec公司首席执行官BrianMatthews补充说:"Meltio与数控机床集成的能力使它成为一个混合系统。混合制造是无缝金属部件生产的一站式解决方案,它在一个共同的平台上结合了增材和减材操作,从而降低了制造部件的总体成本和时间。"
Amorphology公司和AddiTec公司已经表示计划将他们的合作关系推进到多材料和功能分级材料的挠性线上,这些材料不可能用传统的制造技术生产。

△Meltio的LMD工具头与CNC集成。照片来自Meltio。


DED 3D打印的应用范围很广。就在最近,包括空中客车公司、赛峰集团着陆系统公司和苏格兰国家制造研究所(NMIS)在内的一个增材制造联盟开始为航空航天领域研究一种新的混合DED 3D打印工艺。该技术将被用于3D打印关键的航空航天部件,如构成飞机起落架的部件,以及MRO应用中。
在其他地方,拥有金属线弧DED技术的开发商MX3D最近公布了其部分3D打印的"WAAM夹子"。这个混合的工业部件是一个管道钳的例子,是一个用于密封化学和石油天然气部门的高压泄漏的部件。它是管道维修的一个组成部分,也是在需要维修之前提高装置的使用寿命。


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