Công nghệ in 3D đã phát triển đáng kể trong những năm gần đây, với phần lớn nỗ lực nghiên cứu được đặt trong lĩnh vực khoa học vật liệu. Điều này đã cho phép phát triển một loạt các polyme hiệu suất cao với các đặc tính cơ học tương tự như kim loại - vậy điều này có ý nghĩa gì đối với thiết kế vòng bi ? Tại đây Chris Johnson, giám đốc điều hành của nhà cung cấp như vòng bi Fag nhựa, khám phá bối cảnh sản xuất phụ gia chịu lực nhựa (AM).
AM bao gồm một loạt các công nghệ tạo ra các đối tượng 3D bằng cách xếp lớp vật liệu lên nhau. Cụ thể, trong in 3D polymer có năm quy trình phổ biến: in lập thể (SLA), mô hình lắng đọng hợp nhất (FDM), thiêu kết laser chọn lọc (SLS), phản ứng tổng hợp đa tia (MJF) và phun vật liệu.
Mỗi quá trình này tác động đến cấu trúc vi mô của vật liệu, bao gồm kích thước, hình dạng và hướng của các hạt hoặc tinh thể. Điều này đưa ra nhiều thách thức và cơ hội khác nhau. Ví dụ, SLA mang lại bề mặt nhẵn bóng, nhưng các bộ phận có xu hướng kém bền hơn các bộ phận được sản xuất bằng công nghệ phụ gia khác. Vì vậy, hãy cùng khám phá các cơ hội phát triển thiết kế vòng bi và sản xuất được tạo điều kiện thuận lợi bởi quy trình in polyme 3D.
Tính linh hoạt trong thiết kế cho các lô vừa hoặc nhỏ.
In 3D mang lại cho các nhà sản xuất vòng bi sự linh hoạt trong thiết kế để sản xuất vòng bi với các yếu tố đặt làm riêng và nâng cao hiệu suất. Quá trình in 3D tương đối đơn giản và không yêu cầu dụng cụ đắt tiền. Điều này cho phép các nhà sản xuất và kỹ sư thiết kế thử nghiệm với các tính năng thiết kế sẽ không hiệu quả về mặt kinh tế bằng cách sử dụng các phương pháp sản xuất ổ trục thông thường.
Các nhà sản xuất vòng bi có thể sử dụng nhiều loại vật liệu ngày càng đa dạng với in 3D. Ví dụ, các polyme gia cường được in 3D có thể phù hợp hoặc được cải tiến vượt ra ngoài các đặc tính thông thường, điều này mở ra cánh cửa cho các khả năng thiết kế mới thú vị. Bowman International, một nhà sản xuất vòng bi có trụ sở tại Oxfordshire, đã sử dụng công nghệ MJF để sản xuất bộ phận giữ 'rollertrain' đặt làm riêng bằng nylon PA11. Cấu trúc lồng vào nhau cho phép đủ chỗ cho thêm hai bốn con lăn, cho phép tăng khả năng chịu tải lên 70%, cũng như tự hào về độ đàn hồi, độ bền và chức năng cao hơn.
Một rào cản khác đối với sự đổi mới là khối lượng đặt hàng tối thiểu. In 3D loại bỏ rào cản này, cho phép các nhà sản xuất cung cấp dịch vụ sản xuất khối lượng thấp với chi phí hiệu quả - ngay cả đối với các đơn đặt hàng thấp nhất là mười đơn vị vòng bi. Khuôn in 3D tiết kiệm thời gian và tiền bạc so với khuôn chịu lực kim loại đắt tiền. Chúng cũng cho phép một cách tiếp cận sản xuất nhanh nhẹn hơn, có nghĩa là các kỹ sư thiết kế có thể kiểm tra các thiết kế khuôn mẫu và dễ dàng sửa đổi chúng mà không phải chịu chi phí sản xuất không khả thi và phí thiết lập cao.
Mặc dù vòng bi được sản xuất hàng loạt được in 3D vẫn chưa phổ biến, nhưng in 3D polyme đang tạo ra một tác động trong thế giới tạo mẫu nhanh. Ví dụ, trong một mẫu xe ý tưởng thích hợp, in 3D có thể được sử dụng để tạo mẫu nhanh và hấp dẫn về mặt hình ảnh. Điều này sẽ đảm bảo rằng các phần tử cơ học nhỏ nhất, chẳng hạn như vòng bi, hoạt động đồng bộ với toàn bộ hệ thống.
Thiết kế nhẹ
Đối với các ứng dụng tải trọng thấp, tốc độ thấp, vòng bi nhựa cung cấp các đặc tính hiệu suất tuyệt vời và đã nhẹ hơn 5 lần so với các đối tác thép của chúng. Điều này làm giảm trọng lượng ban đầu và năng lượng cần thiết để chúng di chuyển. Trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, ô tô hoặc công nghệ y tế, thiết kế nhẹ có thể đạt được hiệu suất an toàn tốt hơn cũng như tiết kiệm chi phí quan trọng.
Sử dụng quy trình in polyme 3D, có thể thiết kế một thành phần vẫn nhẹ hơn - bằng cách sử dụng các cấu trúc giống như tổ ong. Điều này sẽ rất khó và tốn nhiều thời gian để đạt được với các quy trình gia công truyền thống. Nhiều ngành công nghiệp trong lịch sử có thể đã chọn dựa vào những cải tiến trọng lượng nhẹ bằng kim loại, chẳng hạn như vòng bi, bạc đạn Fag kim XZU của Schaeffler có thể được sử dụng như một vòng bi tay có khớp nối trong các robot di động nhẹ. Tuy nhiên, nhựa nhiệt dẻo hiệu suất cao được in 3D như sợi carbon và polyether ete xeton (PEEK) cung cấp một giải pháp thay thế khả thi cho kim loại.
Lựa chọn vật giữ cố định in 3D bằng nylon (PA66) hoặc vật liệu polyme khác có thể giúp giảm trọng lượng của toàn bộ vòng bi. Nylon gia cường sợi carbon là một trong những sự kết hợp phổ biến nhất cho các vật liệu in nylon. Nó cung cấp nhiều lợi ích giống như nylon tiêu chuẩn bao gồm độ bền và độ cứng cao, nhưng nó tạo ra các thành phần nhẹ hơn đáng kể. Lồng polyme in 3D cũng có thể giảm mài mòn các phần tử cán, so với lồng thép thông thường.
Một nghiên cứu khả thi năm 2018 đã đánh giá hiệu suất ma sát của một vòng bi in 3D (6004) thương mại. Vòng bi được chế tạo bằng quy trình MJP, sử dụng vật liệu nhựa cho cấu trúc và vật liệu sáp nóng chảy cho giá đỡ. Kết quả cho thấy tuổi thọ bền bỉ của vòng bi in 3D ở mức tải và tốc độ thấp.
Ma sát không phải là đặc tính hiệu suất duy nhất được đưa ra câu hỏi trong cuộc tranh luận về in 3D. Vào tháng 6 năm 2018, Tổ chức hợp tác tiêu chuẩn hóa sản xuất phụ gia (AMSC) đã xuất bản phiên bản cập nhật của lộ trình tiêu chuẩn hóa sản xuất phụ gia. Việc áp dụng các tiêu chuẩn để giảm thiểu và kiểm soát rủi ro cũng như cho phép chất lượng ổn định hơn là những bước quan trọng cho tương lai của in polyme 3D. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các thành phần quan trọng về an toàn, chẳng hạn như vòng bi.
Cũng giống như các thành phần được sản xuất truyền thống, vòng bi nhựa in 3D phải trải qua các quy trình kiểm tra nghiêm ngặt tương tự để đảm bảo chúng phù hợp với mục đích. Điều quan trọng là, khi thử nghiệm các thiết kế mới sáng tạo và các đặc tính vật liệu nâng cao, điều cần thiết là môi trường ứng dụng cuối cùng phải được xem xét cẩn thận, tái khẳng định tầm quan trọng của các chuyên gia vòng bi trong ngành.
Trong cuộc tranh luận về kỹ thuật sản xuất truyền thống và kỹ thuật sản xuất tiên tiến, tin tốt là bạn không cần phải chọn một bên. In 3D polyme có thể được sử dụng để bổ sung cho các kỹ thuật sản xuất ổ trục truyền thống, cung cấp tạo mẫu nhanh và các đặc tính hiệu suất nâng cao có tiềm năng cạnh tranh với kim loại. Mặc dù vòng bi in 3D vẫn chưa phổ biến, nhưng bằng chứng cho thấy chúng có thể xuất hiện trong tương lai.
0 nhận xét: