Менеджери із закупівель та інженери-конструктори знову і знову стикаються з тією ж проблемою. Шестерня, гніздо підшипника, напрямна конвеєра або гідравлічний компонент починають зношуватися швидше, ніж очікувалося, під дією високо-тертя та великих навантажень. Раптом лінія зупиняється, запасні частини замовляються за преміальними цінами, а графік виробництва збивається. Згідно з галузевими даними, середня вартість незапланованих простоїв на виробництві становить близько 260 000 доларів США на годину, тоді як щорічне технічне обслуговування зазвичай становить від 2% до 5% від вартості заміни активів заводу. Значна частка цих витрат пов’язана з передчасним зносом. Вибір правильного матеріалу для металевих 3D-друкованих компонентів на етапі проектування все ще є найефективнішим способом скоротити ці втрати.
Чому зносостійкість має значення для промислових деталей
Загальні сценарії зносу
Шестерні трансмісії з високим-циклом, корпуси підшипників із безперервним навантаженням, абразивні конвеєрні ролики та-гідравлічні клапани, що піддаються впливу рідини, — усе це стикається з сумішшю адгезивного, абразивного та фреттингового зносу. Як тільки матеріал поверхні починає зникати, зазори відкриваються, вібрація зростає, а руйнування прискорюється.
Реальна вартість зносу
Ціна запчастини є лише видимою підказкою. Аварійна праця, пришвидшена доставка, брухт, що утворюється під час перезапуску, логістичні штрафи та понаднормова робота швидко збільшують справжню вартість. Заводи, які застрягли в реактивному режимі, часто знаходяться на вищій межі діапазону значень 2–5% обслуговування-до-активів-. Ті, хто вказує довговічніші компоненти раніше, як правило, тримаються ближче до діапазону 1,5–2,5 %, який планується-для операцій світового рівня.
Порівняння металевих матеріалів щодо зносостійкості
Три матеріальні родини домінують у практичних рішенняхМеталеві 3D-друковані компоненти.
Нержавіюча сталь
316L і 17-4PH залишаються робочими конячками для загального промислового використання. 316L забезпечує чудову стійкість до корозії, але залишається відносно м’яким. 17-4PH можна термічно-обробити приблизно до 40 HRC і забезпечує кращу міцність для помірно навантажених поверхонь. Обидва є рентабельними відправними точками, коли навколишнє середовище є змішаним хімічним і механічним, а не чистим високим рівнем стирання.
Титанові сплави
Ti-6Al-4V забезпечує надзвичайне співвідношення міцності-до-ваги та стабільну корозійну стійкість. Твердість зазвичай досягає середини-30-х секунд HRC після обробки. Він сяє, коли зменшення ваги має значення — роботизовані кінцеві механізми, кронштейни для мобільного обладнання чи аерокосмічна арматура — але чиста зносостійкість до ковзання є другорядною. Вища вартість матеріалів зазвичай обмежує застосування, де економія маси окупається.
Кобальтохромові та інструментальні сталі
Для найміцнішого ковзання чи абразивного контакту це-на вибір. Кобальт-хром (CoCrMo) зазвичай досягає 38–55 HRC і поєднує високу зносостійкість із хорошою корозійною поведінкою. Такі інструментальні сталі, як H13, A2 або D2, можна загартувати понад 50–60 HRC і забезпечити найвищу стійкість до стирання для штампів, шестерень із високим{11}}навантаженням та інструментів для формування. Якщо довговічність при сильному терті є основною вимогою, ці сплави є найміцнішимиЗносостійкий матеріал для 3D-друкуваріанти, доступні в даний час у серійному виробництві.
З точки зору рейтингу, нержавіюча сталь підходить для повсякденного використання, титан справляється з потребами в легких конструкціях, а кобальт-хром або інструментальна сталь витримують екстремальні випадки зношування. Фактична твердість і термін служби все ще залежать від термічної обробки, досягнутої щільності та кінцевої обробки поверхні.
Як процеси додавання густих добавок покращують показники зносу
Незважаючи на те, що Multi Jet Fusion найбільше відомий своїми-полімерними деталями з високою-щільністю, ті самі принципи,-що керуються щільністю, застосовуються до процесів металу, які використовуються для промислових зношуваних компонентів-лазерного порошку-плавлення в шарі та струминної обробки металу. Відносна щільність вище 99 % різко зменшує пористість, яка може стати причиною розтріскування під час циклічного навантаження та зношування. Контрольована мікроструктура плюс додаткове гаряче-ізостатичне пресування додатково підвищують твердість поверхні та стійкість до втоми.
Складні внутрішні елементи-конформне охолодження, ґратчасте підсилення або топологія-оптимізовані шляхи навантаження-можуть бути побудовані як окремі частини. Це усуває болтові або зварні з’єднання, які самі стають точками зносу. Технологія швидкого прототипування дозволяє інженерам друкувати потенційну геометрію, проводити реалістичні випробування на тертя та навантаження, удосконалювати конструкцію чи матеріал і переходити до масового виробництва, не чекаючи традиційних інструментів. Ця комбінація скорочує цикли розробки, водночас підвищуючи ймовірність того, що кінцеве рішення служби 3D-друку Durable Metal Parts 3D Printing Service відповідатиме життєвим цілям.
Промисловий друк MJFсам по собі все ще переважно полімерний маршрут, але багато заводів використовують його для функціональних прототипів зносу або помірних-полімерних напрямних, перш ніж перейти до металу. Швидкість і ізотропія MJF роблять його практичним першим фільтром у циклі перевірки.
Реальний-випадок: подовження терміну служби-обладнання для обробки матеріалів
Виробник автоматизованих систем транспортування-матеріалів неодноразово стикався з несправностями високо-направляючої та підшипникової-підшипникової опори. Звичайні механічно оброблені нержавіючі деталі прослужили лише три-чотири місяці безперервної роботи, що спричиняло часті незаплановані зупинки та зростання запасів-запасних частин.
Команда перейшла до металевого 3D-надрукованого кобальтового-хрому з оптимізованими параметрами процесу для щільності та цілісності поверхні. Внутрішні елементи жорсткості, які вимагали б вторинного складання, були побудовані як одне ціле. Польові дані за наступні вісімнадцять місяців показали, що термін служби подовжено понад 18 місяців за того самого робочого циклу, незапланований простой на цій станції скоротився приблизно на 60%, а після-продажне втручання, пов’язане з деталлю, різко скоротилося. Більшу вартість одиниці друкованого компонента було відшкодовано протягом перших двох циклів заміни.
Визнання галузі
Великі технічні виставки та галузеві асоціації продовжують демонструвати виробництво металевих добавок для функціональних деталей,-важливих до зносу. Технологія явно перейшла від чистого прототипування до надійного виробничого використання для багатьох промислових застосувань.
Як вибрати надійного виробника 3D-друку з металу
Місткість і обладнання
Шукайте виробника 3D-друку з металу або спеціальну фабрику з виготовлення 3D-друку з металу, яка використовує промислові-системи зі стабільною щільністю та якістю поверхні від прототипу до масового виробництва. Постачальники, які також використовують платформи Industrial MJF Printing, можуть виконувати програми зі змішаного полімеру-і{-металу та швидкого масштабування, коли обсяги зростають.
Сертифікація матеріалів і процеси якості
Вимагайте повного відстеження порошку, задокументованих параметрів процесу, випробування щільності та твердості та контролю розмірів. Можливість постачати металеві 3D-друки оптовими кількостями з повторюваними механічними властивостями відрізняє професійні фабрики від чистих прототипних цехів. Кваліфікований партнер також допоможе вибрати найкращий матеріал для зносостійкості 3D-друку для конкретного навантаження, середовища та обсягу, з якими ви стикаєтеся, а потім надасть швидкі прототипи для випробування на знос перед випуском великих тиражів.
FAQ
З: Який метал найбільш-стійкий до 3D-друку?
A: Кобальт-хромові сплави та загартована інструментальна сталь наразі мають найвищу твердість і стійкість до стирання серед широко доступних металевих-матеріалів для 3D-друку. Остаточний вибір все ще залежить від корозії, ваги та цінових обмежень.
З: Чи підходить друк MJF для-зношуваних промислових деталей?
A: MJF виробляє щільні, ізотропні полімерні компоненти, які добре підходять для помірного-зносу або як функціональні прототипи. Для справжнього високого -зношування металу бажано використовувати лазерне порошкове-розплавлення шару або струменеве нанесення металу. Швидке -ітераційне мислення MJF залишається корисним на ранній стадії перевірки.
З: Як швидко я можу отримати швидкий прототип для тестування на знос?
A: З встановленимТехнологія швидкого прототипуванняробочих процесів, функціональні металеві прототипи зазвичай доступні за кілька днів до двох тижнів, залежно від геометрії, матеріалів і потреб у обробці-набагато швидше, ніж традиційні маршрути інструментів.
З: Чи можу я замовити зносостійкі металеві частини оптом?
A: Так. Відомі виробники підтримують як невеликі{1}}тиражі, так і гуртове виробництво 3D-друку з металу після перевірки конструкції та матеріалів.
Наступний крок
Ранні відмови від зносу не повинні прийматися як звичайні експлуатаційні витрати. Поєднання правильного матеріалу з процесом густих добавок і надійним партнером-виробником може подовжити термін служби компонентів, скоротити простої та стабілізувати ланцюжок поставок. Зв’яжіться зі спеціалізованим постачальником послуг 3D-друку міцних металевих деталей, щоб отримати-консультацію щодо конкретних матеріалів і швидку-пропозицію прототипу. Вибір оптимального матеріалу на етапі проектування залишається найчистішим способом вирішення проблем зношування в їх джерелі.