シェフラーとDMG森精機が3Dプリントによる傾斜合金ベアリングの製造で協力

有名なシェフラーといえば、INAやFAGのブランドで高品質な転がり軸受、球面軸受、滑り軸受、直線運動製品を世界中で開発・生産していることをご存知の方も多いでしょう。当社は、60 を超える産業分野および多数の自動車用途向けに約 40,000 種類の標準製品を提供しています。現在、この革新的なベアリング大手は、工作機械大手のDMG MORIと協力して、ハイブリッド積層造形技術を傾斜合金ベアリングの製造に適用していると理解されています。

シェフラーとDMG MORIは、両社の共同プロジェクトの一環として、傾斜材料で作られた転がり軸受部品を製造するための積層造形プロセスを開発しています。このプロジェクトでは、レーザー堆積溶接と5軸フライス加工を組み合わせたDMG MORIのLasertec 65 3Dハイブリッド積層造形機が使用されました。
シェフラーは、社内で積層造形の応用分野を拡大しており、初めて粉末床金属 3D 印刷プロセスと Lasertec 65 3D ハイブリッド積層造形プロセスを組み合わせました。シェフラー社が Lasertec 65 3D を選んだ理由の 1 つは、機械の積み重ね速度と使用できる材料の柔軟性です。さらに、統合された 5 軸同時加工機能により、1 回のクランププロセスで完成部品を生産することができ、Schaeffer はこの機能が量産に対応できると考えています。
Lasertec 65 3D ハイブリッド積層製造マシンには 2 つの粉末フィーダーが装備されており、レーザー堆積溶接プロセス中に 1 つの材料から別の材料へのターゲットを絞った制御された切り替えが可能になります。 DMG MORI によれば、これを使用することで、異なる材料特性間のスムーズな遷移を備えた段階的な材料を作成できます。材料の靭性と硬度は移行プロセス中に調整でき、個々のアプリケーションの特定の要件に合わせて最適に割り当てられます。
シェフラーとDMG MORIは、レーザー堆積溶接を使用した転がり軸受部品の小ロット製造の開発を進めることを目的として、適切な材料をテストしています。シェフラーは、最終顧客に付加価値を提供する最適化された製品を実現することに重点を置いています。
シェフラーは長年にわたり電気自動車レースプログラムに積極的に参加しており、「明日の車」戦略の枠組みの中で電気駆動装置の開発をさらに進めています。この材料勾配を Lasertec 65 3D ハイブリッド積層造形マシンで使用すると、刺激的な開発の機会が生まれます。たとえば、磁性材料と非磁性材料をグレーディングによって組み合わせ、必要に応じてコンポーネントの性能を調整できます。シェフラー社は、Lasertec 65 3Dハイブリッド積層造形機をスペアパーツ、小ロット、単一部品の生産に統合することも計画しています。周知のとおり、材料は 3D プリントの進歩を制限する最大の要因ですが、同時に、材料は 3D プリントの可能性を解き放つ魔法の鍵でもあります。
材料そのものに加え、加工技術も材料と深く結びついており、ナノ材料強化合金、等軸細粒合金、傾斜合金、アモルファス金属、自己修復合金、超伝導材料、金属有機構造体材料などの研究開発は、ミクロレベルからの材料技術の潜在力を示しています。
複数の合金で作られた部品では、ろう付けが必要になることがよくあります。ろう付けは、主に一定の温度まで加熱してはんだを溶かし、同じ材質または異なる材質の 2 つの金属を接続することです。ろう付け中、一般的に基材は液体のろう付けフィラー金属に溶解し、ろう付けフィラー金属の成分を合金化して接合部の強度を向上させることができます。ろう付けの際、はんだ成分も母材に拡散します。拡散は 2 つの方法で発生します。1 つは、はんだ成分が母材の粒子全体に拡散し、ろう付け継ぎ目に隣接する母材の片側に固溶体層を形成する方法です。この固溶体層は接合部に悪影響を与えません。もう 1 つは、はんだ成分が母材の粒界に拡散し、特に薄い部品をろう付けする場合に粒界が脆くなることが多いことです。
2015年、NASAジェット推進研究所の科学者らは、複数の金属や合金を単一の部品に混合して印刷できる新しい3D印刷技術を開発し、航空機、特に宇宙船の部品の製造において長年直面してきた大きな問題を解決した。
各種合金の応用シナリオは比較的特殊です。たとえば、部品の片面は耐熱性が高く、もう片面は低密度である必要がある場合や、片面のみ磁性が必要な場合などがあります。これまで、このような部品を製造する唯一の方法は、まず異なる部品を別々に製造し、その後それらを溶接する溶接を使用することでした。しかし、溶接部は本来欠陥があり脆くなりやすく、高強度の圧力によって部品が簡単に崩壊する可能性があります。当時、NASA の 3D プリント技術は、ある合金から別の合金へスムーズに移行することができ、さらに、さまざまな潜在的な合金の研究にも使用できました。
前述のDMG MORIハイブリッド積層造形プロセスについて具体的に言えば、NASAは2017年9月に2種類の合金で作られた3Dプリントロケットエンジン点火装置のテストに成功しました。この部品は銅合金とインコネル合金で作られており、DMG MORIが開発したハイブリッド3Dプリントプロセスで製造されました。点火装置部品の高さは10インチ、幅は7インチでした。
3D プリントプロセスを通じて 2 つの材料が分散され融合され、2 つの材料内部の粒子が結合されるため、激しい遷移がなくなり、大きな圧力や温度勾配の変化があっても部品が破損することはありません。ろう付け工程をなくし、バイメタル材料を単一のコンポーネントにすることで、コストと製造時間が削減されるだけでなく、コンポーネントの信頼性が向上して品質リスクも軽減されます。
出典: 3Dサイエンスバレー

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