Amorphology與AddiTec合作，開發(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)，合作開發(fā)多金屬雙線DED技術(shù),，把兩種不同的鋼打印成一個部件,，未來可實現(xiàn)功能分級的齒輪組件。

Amorphology是NASA孵化的公司,，技術(shù)源于噴氣推進(jìn)實驗室(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)共同開發(fā)機(jī)器人的多金屬齒輪部件,。 圖片來自AddiTec

為什么采用多種合金

薄壁柔性花鍵對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,，通過將兩種不同特性的鋼，戰(zhàn)略性地組合在一個齒輪中,，可以調(diào)整機(jī)械性能,，合理利用每種合金的優(yōu)勢。

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

該項目的核心技術(shù)是在十多年前,，由噴氣推進(jìn)實驗室研發(fā)多金屬過渡工藝,，實現(xiàn)打印部件可預(yù)測機(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，這有助于防止由熱錯配或疲勞裂紋引起的失效,。在3D打印過程中,，通過允許不同金屬混合或在過渡階段添加一個或多個中間成分，在界面上擴(kuò)散,，可以實現(xiàn)對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。圖片來自DigitalAlloys

能量沉積（DED）


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

格倫·加勒特博士說：“多種材料的功能分級,，使我們能夠開發(fā)出傳統(tǒng)冶金技術(shù)無法制造的機(jī)器人齒輪組件。通過合金成分定制齒輪特性的能力,，為我們在開發(fā)精密機(jī)構(gòu)時提供了靈活的設(shè)計性,。”“無論是提高輪齒的耐磨性,，同時保持零件其余部分的韌性,，還是將高價值鋼與低成本鋼結(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,，甚至密度來定制性能。對于大型齒輪,，可以節(jié)省加工成本,，這是其中一個重要的優(yōu)勢。

△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,。圖片來自Amorphology

AddiTec業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Yash Bandari博士說：“它們采用雙線DED技術(shù),，提供了在金屬部件制造過程中，自動從一種材料轉(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正在積極開發(fā)功能分級金屬在推進(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)一步的開發(fā)和應(yīng)用,。