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，首次將粉末床金屬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)行最佳的分配以適合個(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，為最終客戶提供附加價(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)步的最大因素，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)。

來源：3D科學(xué)谷