中国の高速鉄道ブレーキパッドにおける3Dプリントの応用に関する研究

この投稿は、Little Soft Bear によって 2017-3-2 09:53 に最後に編集されました。

現在、中国の高速鉄道は世界において中国の重要な、そして光り輝く「銘板」となっている。中国は世界で最も長い運行距離を誇る高速鉄道路線を有している。高速列車を時速300キロ以上で走らせるのは比較的簡単ですが、それを止めるのは難しいです！主な難しさの 1 つは、列車がブレーキをかける瞬間、重量が 60 トンを超える列車の巨大な慣性と発生する膨大な運動エネルギーが摩擦によって熱に変換されることです。ブレーキパッド (一般にブレーキパッドと呼ばれる) は、800 ～ 900 度の高温に耐え、性能が低下しないようにする必要があります。雨、雪、砂、ほこりなどの過酷な環境でも、ブレーキディスクを損傷することなく正常に機能する必要があります。

これまで、高速鉄道用ブレーキパッドを生産できるのは、ドイツ、フランス、日本など世界でも数カ国のみで、その中でもドイツのクノールブレムゼ社はかつて世界の高速鉄道用ブレーキパッド市場の80％以上を独占していました。近年、国内の高速鉄道ブレーキパッドの研究開発と生産技術は徐々に飛躍的な進歩を遂げ、天一尚佳、貴州新安航空機械、博神工具、北京瑞思富などの国際企業の独占を打ち破りました。金属 3D プリント技術とその応用の深い統合により、中国では金属 3D プリント技術をブレーキパッドに適用する研究が行われています。

ブレーキパッドは高速列車のブレーキシステムの重要な材料です。ブレーキパッド材料と対応するブレーキディスク材料間の摩擦を利用して、高速列車の運動エネルギーを熱エネルギーまたはその他の形態のエネルギーに変換し、空気中に放散します。ブレーキパッドは、材質の違いにより、合成ブレーキパッド、複合ブレーキパッド、粉末冶金ブレーキパッドに分類されます。初期の高速列車に使用されていた合成ブレーキパッドは、機械的強度が低く、衝撃靭性が悪く、摩耗が大きいため、運転中にブレーキパッドに微小な亀裂が発生します。また、このタイプのブレーキパッドの素材は水に敏感です。列車が雨季や湿気の多い地域で走行すると、ブレーキパッドの水分により素材の摩擦力が低下し、ブレーキ性能が低下します。

複合ブレーキパッドは、一般的にカーボン/カーボン複合材料を使用します。この複合材料は、カーボンをマトリックスとしてカーボン繊維で強化した新しいタイプの構造材料です。その強化成分は、一般的にチョップドカーボン繊維です。このタイプの複合材料は現在、主に航空宇宙などの重要な分野でのみ使用されています。高速鉄道用の既存のブレーキパッド材料は、依然として主に粉末冶金ブレーキパッドです。

粉末冶金ブレーキパッドの製造工程は、伝統的な粉末冶金法を採用しています。原料粉末を均一に混合し、成形にプレスします。次に、プレスされたグリーンシートをスチールバックに固定し、炉で一緒に焼結します。最終的に、耐摩耗層とスチールバックを備えたブレーキパッドが得られます。ブレーキパッドは、全体としてダブテールプレートに溶接され、ブラケットに取り付けられて、ブレーキディスクとブレーキペアを形成します。従来技術では、ブレーキパッドは粉末冶金法で製造されます。焼結プロセス中、ブレーキパッド内の構成部品の収縮係数が異なるため、気孔や介在物などの欠陥が発生しやすく、ブレーキパッドの密度が低下し、最終的な機械的特性や摩擦特性に影響を与えます。

さらに、ブレーキパッド成形体とスチールバックは一体焼結されているため、焼結工程中のブレーキパッド成形体自体の収縮がスチールバックの収縮と一致しないため、両者の接合強度が低くなり、使用中にブレーキパッドが脱落しやすくなります。さらに、焼結プロセス中の高温により、スチールバックの内部組織構造に変化が生じ、スチールバックの機械的特性に影響を与え、さらにブレーキパッドとブレーキペア全体のブレーキ効果に影響を与えます。

Sidi Technology Co., Ltd.は、電子ビーム選択溶融またはレーザー選択溶融3D印刷技術を通じて、耐摩耗層を鋼の裏面に直接印刷していることがわかります。3D印刷プロセスで使用される高エネルギー電子ビームは、ブレーキパッド材料内の成分を十分に反応させて高密度化させることができるため、得られたブレーキパッドはより優れた機械的特性と摩擦特性を備えています。

Sidi Technology のこのアプリケーションの機能は次のとおりです。
１．ブレーキパッド材料は、銅系ブレーキパッド材料、鉄系ブレーキパッド材料、ニッケル系ブレーキパッド材料またはチタン系ブレーキパッド材料である。
2. ブレーキパッド原料粉末を鋼板裏面に3Dプリントし、金属層を貼り付けてブレーキパッドを得る。金属層の組成は、ブレーキパッドの原料組成における金属成分と同一である。
3. 3D 印刷プロセス中に、高エネルギー電子ビームによりブレーキパッド材料の成分が完全に反応し、得られたブレーキパッドの機械的特性と摩擦特性が向上します。
4. ゲートパッドの原料と同じ金属組成の金属層を備えたスチールバックを使用します。3Dプリントプロセス中に、高エネルギー電子ビームのスキャン下で、金属層が溶融して薄い溶融池を形成し、ゲートパッドの原料粉末と完全に冶金結合するため、ゲートパッドの耐摩耗層とスチールバックの結合強度が高くなります。
5. 3D 印刷プロセス中、電子ビームエネルギーがスチールバックの表面にある粉末原料をスキャンします。これにより、スチールバックの内部構造に影響が及ばず、スチールバック自体の機械的特性を確保できます。

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
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