Amorphology與AddiTec合作，開(kāi)發(fā)DED多金屬3D打印齒輪部件

2022年5月1日，南極熊獲悉，Amorphology和AddiTec基于定向能量沉積(DED)技術(shù)，合作開(kāi)發(fā)多金屬雙線DED技術(shù)，把兩種不同的鋼打印成一個(gè)部件，未來(lái)可實(shí)現(xiàn)功能分級(jí)的齒輪組件。

Amorphology是NASA孵化的公司，技術(shù)源于噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)和加州理工學(xué)院的合作；Additive是一家增材制造公司，率先開(kāi)發(fā)先進(jìn)的多金屬3D打印系統(tǒng)。

△Amorphology和AddiTec正在使用3D打印技術(shù)共同開(kāi)發(fā)機(jī)器人的多金屬齒輪部件。 圖片來(lái)自AddiTec

為什么采用多種合金

薄壁柔性花鍵對(duì)齒的耐磨性和抗疲勞同樣具有較高的要求，這就需求在3D打印過(guò)程中使用兩種不同的合金材料。齒區(qū)域通常用于高強(qiáng)度應(yīng)用，平均硬度為35 Rc，所以使用的是沉淀硬化馬氏體不銹鋼。

相比之下，齒形區(qū)域以下的鋼，需求高韌性和較低的平均硬度。所以，通過(guò)將兩種不同特性的鋼，戰(zhàn)略性地組合在一個(gè)齒輪中，可以調(diào)整機(jī)械性能，合理利用每種合金的優(yōu)勢(shì)。

強(qiáng)強(qiáng)合作
Amorphology正在圍繞多金屬3D打印開(kāi)發(fā)新技術(shù)，特別是功能分級(jí)金屬，將重點(diǎn)開(kāi)發(fā)在3D打印過(guò)程中可使用多種金屬材料，生產(chǎn)無(wú)裂紋的多功能部件。

該項(xiàng)目的核心技術(shù)是在十多年前，由噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)多金屬過(guò)渡工藝，實(shí)現(xiàn)打印部件可預(yù)測(cè)機(jī)械或物理性能。

技術(shù)原理
與傳統(tǒng)的包層或覆蓋層不同，功能分級(jí)的目的是在3D打印部件中，將不同金屬或復(fù)合材料的性能充分發(fā)揮出來(lái)，這有助于防止由熱錯(cuò)配或疲勞裂紋引起的失效。在3D打印過(guò)程中，通過(guò)允許不同金屬混合或在過(guò)渡階段添加一個(gè)或多個(gè)中間成分，在界面上擴(kuò)散，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同金屬之間界面的定制。

△不同金屬增材制造工藝的分辨率與零件尺寸。圖片來(lái)自DigitalAlloys

能量沉積（DED）


目前合作開(kāi)發(fā)基本技術(shù)是直接能量沉積（DED），通過(guò)用高韌性鋼打印齒輪的底部，然后在齒開(kāi)始的垂直位置迅速過(guò)渡到高硬度鋼。這些材料也可以通過(guò)在DED打印機(jī)的噴嘴中混合兩種材料的粉末來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

格倫·加勒特博士說(shuō)：“多種材料的功能分級(jí)，使我們能夠開(kāi)發(fā)出傳統(tǒng)冶金技術(shù)無(wú)法制造的機(jī)器人齒輪組件。通過(guò)合金成分定制齒輪特性的能力，為我們?cè)陂_(kāi)發(fā)精密機(jī)構(gòu)時(shí)提供了靈活的設(shè)計(jì)性�！薄盁o(wú)論是提高輪齒的耐磨性，同時(shí)保持零件其余部分的韌性，還是將高價(jià)值鋼與低成本鋼結(jié)合使用以節(jié)省成本，多材料增材制造技術(shù)使我們能夠創(chuàng)新機(jī)器人齒輪的制造方式。”可以根據(jù)可加工性、成本、硬度、強(qiáng)度、耐腐蝕性，甚至密度來(lái)定制性能。對(duì)于大型齒輪，可以節(jié)省加工成本，這是其中一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)。

△它們的合金3D打印技術(shù)可制作小到微米的齒輪、適應(yīng)于多種環(huán)境下使用。圖片來(lái)自Amorphology

AddiTec業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Yash Bandari博士說(shuō)：“它們采用雙線DED技術(shù)，提供了在金屬部件制造過(guò)程中，自動(dòng)從一種材料轉(zhuǎn)換為另一種材料的能力，可根據(jù)需要提供不同的性能和功能�！�

Amorphology正在積極開(kāi)發(fā)功能分級(jí)金屬在推進(jìn)器、火箭、機(jī)器人和齒輪等應(yīng)用中的其他應(yīng)用，并正在尋求合作伙伴進(jìn)行進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。