易加三維金屬3D打印高性能定制剎車盤，高鐵應(yīng)用前景廣闊

2022年5月19日，南極熊獲悉，國(guó)產(chǎn)3D打印機(jī)制造商易加三維Eplus3D通過(guò)最新的客戶項(xiàng)目在鐵路領(lǐng)域首次亮相。

Eplus3D公司與一家鐵路公司密切合作，使用大尺寸的EP-M650系統(tǒng)3D打印了一套終端應(yīng)用到火車上的定制剎車盤。每個(gè)尺寸為Φ648 x 90mm3的部件是用24CrNiMo合金鋼打印的，從開始到結(jié)束的總建造時(shí)間為631小時(shí)。

這一使用案例是Eplus3D公司眾多3D打印應(yīng)用中的最新案例，據(jù)說(shuō)與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式相比，這種增材制造的剎車盤成本更低，交貨時(shí)間更短。

△EP-M650  3D打印機(jī)。圖片來(lái)自Eplus3D。

對(duì)高性能制動(dòng)盤的需求

與航空航天和汽車一樣，鐵路行業(yè)也需要應(yīng)用到高性能的金屬部件。如今高速列車的最高速度約為350公里/小時(shí)或以上，每節(jié)車廂重約60噸。因此，移動(dòng)的列車背后有巨大的慣性和動(dòng)能，這使得在短時(shí)間內(nèi)制動(dòng)和停車變得非常困難。

制動(dòng)盤的工作原理很簡(jiǎn)單，就是相互擠壓，產(chǎn)生摩擦力來(lái)抵消火車車輪的旋轉(zhuǎn)。不幸的是，摩擦?xí)�產(chǎn)生大量熱量，因此制動(dòng)盤（和制動(dòng)片）經(jīng)常需要承受大約900°C的高溫。它們還被設(shè)計(jì)為在各種惡劣的環(huán)境中工作，包括雨、雪、沙塵暴和暴曬天氣。

今天的許多制動(dòng)盤是由鋼合金制成的，并通過(guò)傳統(tǒng)工藝，如金屬鑄造和鍛造制造。雖然這些方法確實(shí)提供了出色的機(jī)械性能和表面處理，但它們也存在生產(chǎn)周期過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。在采購(gòu)替換用的備件時(shí)，這尤其麻煩，因?yàn)榻回浛赡苄枰獛讉�(gè)月的時(shí)間，而供應(yīng)鏈的每一步都會(huì)增加成本。

△構(gòu)建室中的3D打印剎車盤。照片來(lái)自Eplus3D。

鐵路部門的一個(gè)新工具

采用增材制造的方法，Eplus3D利用其EP-M650 3D打印機(jī)，這是一個(gè)四激光粉末床融合系統(tǒng)，具有655 x 655 x800毫米的大尺寸構(gòu)建體積。

這款機(jī)器兼容大量的金屬粉末，如鈦、鋁、鉻鎳鐵合金、鈷鉻合金等。該項(xiàng)目使用的24CrNiMo鋼以其高抗拉強(qiáng)度、斷裂韌性和出色的熱穩(wěn)定性而聞名，這些都是制動(dòng)盤的關(guān)鍵性能。

除了縮短交貨時(shí)間和降低生產(chǎn)成本之外，使用3D打印技術(shù)在提升零件性能方面也有一些好處。據(jù)Eplus3D稱，由于高功率激光束的反應(yīng)性，3D打印的剎車盤提供了更好的密度，從而產(chǎn)生了更好的機(jī)械和摩擦性能。由于表面特征和孔是作為一個(gè)整體部件打印的，制動(dòng)盤也被發(fā)現(xiàn)具有更好的散熱性。

最終，Eplus3D看到了其3D打印機(jī)在機(jī)車車輛領(lǐng)域的光明前景，提供了一種新的和改進(jìn)的方法，在不犧牲零件性能的情況下制造了關(guān)鍵備件。

△數(shù)字剎車盤設(shè)計(jì)。圖片來(lái)自Eplus3D。

即便如此，Eplus3D也不是第一家在運(yùn)輸領(lǐng)域利用增材制造技術(shù)的公司。就在最近，總部位于法國(guó)的機(jī)車車輛制造商阿爾斯通公司采用了Stratasys公司的FDM 3D打印技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)化其自身的備件生產(chǎn)過(guò)程。該公司的最新項(xiàng)目之一是為阿爾及利亞的Sétif Tramways生產(chǎn)一套緊急備件，大大縮短了交貨時(shí)間，為SétifTramways節(jié)省了數(shù)千美元的制造成本。

在其他地方，技術(shù)公司ARMOR的增材制造材料部門Kimya使用3D打印技術(shù)為一家不知名的鐵路供應(yīng)商生產(chǎn)一個(gè)舊款的保護(hù)罩部件。該保護(hù)罩開發(fā)于1982年，其模具已不復(fù)存在，因此在用PEEK材料進(jìn)行3D打印之前，必須從頭開始重新設(shè)計(jì)備件。