舍弗勒與德馬吉森精機(jī)合作通過3D打印來制造梯度合金軸承

提起大名鼎鼎的舍弗勒(Schaeffler)，很多人或許了解舍弗勒在全球范圍內(nèi)開發(fā)并生產(chǎn)INA和FAG品牌的高質(zhì)量滾動(dòng)軸承、關(guān)節(jié)軸承、滑動(dòng)軸承 和 直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品。 為超過60個(gè)工業(yè)行業(yè)和眾多汽車應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用提供大約40，000種標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。據(jù)了解，如今，這家不斷創(chuàng)新的軸承界巨頭正在于機(jī)床界巨頭德馬吉森精機(jī)（DMGMORI）合作，將混合增材制造技術(shù)應(yīng)用到梯度合金軸承的制造中來。

作為兩家公司合作項(xiàng)目的一部分，舍弗勒(Schaeffler)和德馬吉森精機(jī)(DMG MORI)正在開發(fā)增材制造工藝，以生產(chǎn)梯度材料制成的滾動(dòng)軸承零件。該項(xiàng)目采用的是DMG MORI的Lasertec 65 3D混合增材制造設(shè)備，該設(shè)備將激光沉積焊接與五軸銑削相結(jié)合。

舍弗勒正在內(nèi)部擴(kuò)大增材制造的應(yīng)用領(lǐng)域，*將粉末床金屬3D打印工藝與Lasertec 65 3D混合增材制造工藝結(jié)合。舍弗勒選擇Lasertec 65 3D的部分原因是這臺(tái)設(shè)備的堆積率和可選用的材料的靈活性。此外，集成的五軸聯(lián)動(dòng)加工功能可以在單個(gè)裝夾過程中生產(chǎn)出成品零件，這是Schaeffer認(rèn)為可以進(jìn)行批量生產(chǎn)的一項(xiàng)功能。

Lasertec 65 3D混合增材制造設(shè)備配備了兩個(gè)粉末進(jìn)料器，可以在激光沉積焊接過程中有針對(duì)性地控制從一種材料到另一種材料的切換。根據(jù)DMG MORI的說法，這可以用來制造不同材料特性之間平滑過渡的分級(jí)材料。材料的韌性和硬度可以在過度的過程中進(jìn)行調(diào)節(jié)，并進(jìn)行*佳的分配以適合個(gè)別應(yīng)用的特定要求。

舍弗勒和DMG MORI正在測(cè)試合適的材料，目的是利用激光沉積焊接推進(jìn)滾動(dòng)軸承部件的小批量加工制造的開發(fā)。 舍弗勒關(guān)注的重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)優(yōu)化產(chǎn)品，為*終客戶提供附加價(jià)值。

    舍弗勒多年來一直積極參與電動(dòng)車賽車計(jì)劃，并在其“明日汽車”戰(zhàn)略的框架內(nèi)進(jìn)一步改進(jìn)電驅(qū)動(dòng)。通過Lasertec 65 3D混合增材制造設(shè)備上使用這種材料漸變將創(chuàng)造激動(dòng)人心的發(fā)展機(jī)遇。例如，磁性和非磁性材料可以通過漸變來組合，并且根據(jù)需要調(diào)整組件的性能。舍弗勒還計(jì)劃將Lasertec 65 3D混合增材制造設(shè)備整合到零配件、小批量系列和單件零件的生產(chǎn)中。眾所周知，材料是限制3D打印進(jìn)步的*大因素，而同時(shí)材料也是解放3D打印潛力的神奇鑰匙。

而除了材料本身，加工工藝與材料深度結(jié)合起來，納米材料增強(qiáng)合金、等軸細(xì)晶合金、梯度合金、非晶態(tài)金屬、自愈合合金、超導(dǎo)材料、金屬有機(jī)骨架材料的研發(fā)從微觀層面上呈現(xiàn)出材料技術(shù)的潛能。

在由多種合金制成的零件中，通常需要用到釬焊的工藝。釬焊主要是通過加熱到一定溫度使焊料熔化，從而把兩種一樣材質(zhì)或不同材質(zhì)的金屬連接在一起。釬焊時(shí)一般都發(fā)生母材向液體釬料的溶解過程，可使釬料成份合金化，有利于提高接頭強(qiáng)度。釬焊時(shí)也出現(xiàn)釬料組份向母材的擴(kuò)散，擴(kuò)散以兩種方式進(jìn)行：一種是釬料組元向整個(gè)母材晶粒內(nèi)部擴(kuò)散，在母材毗鄰釬縫處的一邊形成固溶體層，對(duì)接頭不會(huì)產(chǎn)生不良影響。另一種是釬料組元擴(kuò)散到母材的晶粒邊界，常常使晶界發(fā)脆，尤其是在薄件釬焊時(shí)比較明顯。

2015年，美國宇航局（NASA）噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家開發(fā)出一種新的3D打印技術(shù)，可在一個(gè)部件上混合打印多種金屬或合金，解決了長(zhǎng)期以來飛行器尤其是航天器零部件制造中所面臨的一大難題。

多種合金的應(yīng)用場(chǎng)景比較特殊，例如，一個(gè)零件的一側(cè)要具備耐高溫特性，而另一側(cè)要具備低密度特性；或只能在一側(cè)具有磁性。制造這樣的零部件此前只能采用焊接的方法，先分別制造出不同的部件，然后再將它們焊接起來。但焊縫天然具有缺陷，容易脆化，在高強(qiáng)度壓力下極易導(dǎo)致零件崩潰。當(dāng)時(shí)NASA的3D打印技術(shù)，可以順滑地從一種合金過渡到另外一種合金，此外，用它還可以研究各種潛在的合金。

具體到所提到的DMGMORI的混合增材制造工藝，NASA在2017年9月成功測(cè)試兩種合金制成的3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火器，該零部件由銅合金和Inconel合金制成，通過DMG MORI（德馬吉森精機(jī)）開發(fā)的混合3D打印工藝生產(chǎn)出來，點(diǎn)火器部件的高度為10英寸、寬為7英寸。

通過3D打印過程將兩種材料分散熔合在一起，兩種材料內(nèi)部晶粒產(chǎn)生粘結(jié)，使得任何硬質(zhì)過渡都被消除，從而零件不會(huì)在巨大的壓力和溫度梯度變化下發(fā)生斷裂情況。消除釬焊過程并將雙金屬材料制成單一組件，這不僅可以降低成本和制造時(shí)間，而且還可以通過提高組件的可靠性而降低質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。