• 调查报告

    以应用为导向,看这家企业如何为耐磨零件制造开发3D打印材料与工艺?

    2019-07-17来源:3D科学谷

      金属粉末材料企业VBN 针对耐磨零部件制造需求,开发增材制造-3D打印粉末材料与增材制造工艺。成功开发的应用及其增材制造工艺,将以技术许可的方式融入用户的生产流程中。

      VBN 3D打印滚齿刀

      结合应用开发粉末与工艺

      瑞典金属粉末材料公司VBN Components 正致力于结合具体的工业应用需求与增材制造-3D打印工艺,开发新一代高强度、含碳化物的高速钢材料。根据市场观察,这类材料适合制造耐磨损部件,如齿轮加工刀具、食品加工设备零部件、采矿设备零部件等。

      VBN 材料与增材制造工艺的工业应用

      耐磨钢材料具有广泛的工业用途,它们属于传统制造技术难加工的材料,VBN通过电子束熔融(EBM)3D打印技术实现了这类材料的制造。

      VBN开发的EBM金属3D打印高合金高速钢粉末材料被命名为Vibenite系列,目前已开发出5种不同型号的材料。VBN针对每种材料开发了对应的增材制造工艺,以满足不同领域的制造需求。包括:

      -  耐腐蚀、耐磨Vibenite350高合金钢

      该材料的洛氏硬度为60HRC,维氏硬度为680-700HV,具有高铬含量,适用于制造注塑模具、泵、泵壳、轴承和阀门部件,以及制造泵叶轮等要求复杂形状和高性能的产品。

      VBN 3D打印叶轮

      - 高耐磨、高韧性高合金钢 Vibenite 150

      该材料具有细晶粒Fe基体,碳化物分散良好,洛氏硬度为58-64HRC,维氏硬度为 600-780HV。该材料适用于产品功能原型制造,难加工零件、刀架、具有高耐磨性和韧性要求的冷加工应用,塑料加工工具和易损件制造。

      -  耐磨、耐热材料Vibenite 280

      该材料的洛氏硬度为63-70HRC,维氏硬度为780-1000HV,具有非常高含量细小、分散良好的碳化物,适用于制造滚齿刀、成型刀具,电动切割刀具以及磨损部件。VBN已经证明该材料与增材制造工艺,可制造出具有更高生产效率的机械加工刀具,例如用于汽车动力总成生产的刀具。

      沃尔沃建筑设备公司正在使用通过Vibenite 280材料制造的齿轮加工滚齿刀,并与传统高合金钢制造的标准滚齿刀进行了比较。结论是,当Vibenite 280材料制造的刀具以正常进给运行时(切割深度相同),刀具使用寿命延长至2.2倍。

      如果放到每年2万个汽车齿轮加工生命周期中进行成本分析,意味着每个齿轮加工的总生产成本降低了15-20%。在双切削进给的情况下,成本进一步降低15-20%。每个齿轮加工的总生产成本可降低30-40%。此外,更换刀具的需求下降至50%。

      -  坚硬材料Vibenite290

      Vibenite290含有25%的碳化物,洛氏硬度为68-72HRC,维氏硬度为940-1100HV。VBN通过增材制造技术实现了这一难加工材料的加工,应用包括制造金属切削工具等高磨损应用。

      -  新型混合硬质合金Vibenite480

      Vibenite480是2018年底开发出来的新材料,含有约65%的碳化物,混合了高速钢和硬质合金。这种新型混合硬质合金具有750°C的长期耐热性、耐腐蚀性,并且具有磁性。

      应用目标是替代高合金钢,从而提高生产效率和几何复杂性。比如说在金属切削刀具制造领域,这一材料及增材制造工艺可以替代械加工进行钢棒料加工的方式,制造出复杂的刀具,并用于更高速度的金属切削。除此之外,增材制造 Vibenite 480 材料还可以被用于制造一体化零件,比传统硬质合金工艺所能实现的尺寸更大。

      根据市场观察,增材制造工艺为耐磨材料制造带来以下优势:通过增材制造生产磨损零件时,不再需要对棒材的初始锻造、轧制以及重型加工,而是直接将粉末材料进行成型。另一点就是带来了零部件性能和使用寿命的提升。

      VBN材料基质中存在小尺寸、均匀分布的碳化物

      Vibenite 材料的成分独特并具有良好的耐磨性,这种增强的材料性能是通过VBN专利的增材制造工艺实现的。材料基质中存在小尺寸、均匀分布的碳化物是性能提高的原因之一。

      VBN为多个制造领域的工业用户提供刀具与耐磨零部件增材制造技术,与客户之间合作不仅仅是销售3D打印粉末材料或提供零件加工服务,还包括通过许可协议的方式进行技术授权。

      VBN与客户之间的合作分为两个阶段:在第一个阶段中,VBN工厂利用增材制造技术和Vibenite材料为客户开发新应用,如果金属3D打印产品性能达到客户要求,客户可以通过许可协议的方式,将VBN专利的AM-HSS增材制造工艺整合到内部生产流程中,VBN为客户提供全面的支持。

      根据市场研究,2018年末,VBN与一家全球工程集团签署了价值数百万欧元的许可协议,该协议包括使用VBN 材料与增材制造工艺为某特定细分领域生产高强度组件。VBN 目前还与岩石钻探企业 Epiroc共同测试Vibenite 480材料3D打印部件在岩石钻探中的应用。

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