Pouzdra hřídelí elektromotorů pomocí 3D tisku z kovu

Úvod - Pouzdra hřídelí elektromotorů: Jádro elektromobility

Automobilový průmysl prochází seismickou změnou, která je poháněna neúnavnou snahou o elektrifikaci. Elektromobily (EV) se rychle mění ze specializovaných produktů v hlavní dopravní proud a mění nejen způsob jízdy, ale také způsob navrhování, konstrukce a výroby vozidel. Srdcem této revoluce je elektrické hnací ústrojí, komplexní systém, v němž každá součást hraje rozhodující roli při zajišťování účinnosti, výkonu a spolehlivosti. Mezi tyto klíčové prvky patří Kryt hřídele elektromotoru, součástka, která je často přehlížena, ale přitom má zásadní význam pro funkci a životnost elektromotoru.  

Skříň hřídele elektromotoru slouží jako ochranný kryt a konstrukční podpora pro rotující hřídel motoru a související ložiska. Zajišťuje přesné seřízení, chrání choulostivé vnitřní součásti před riziky prostředí (jako jsou nečistoty, vlhkost a kontaminanty), pomáhá při tepelném řízení odváděním tepla vznikajícího během provozu a poskytuje montážní body pro integraci motoru do většího podvozku vozidla a sestavy hnacího ústrojí. S rozvojem technologie elektromobilů, která vyžaduje vyšší hustotu výkonu, vyšší účinnost a kompaktnější konstrukci, jsou požadavky kladené na komponenty, jako je kryt hřídele motoru, stále přísnější. Musí být lehké, aby se maximalizoval dojezd vozidla, dostatečně pevné, aby odolávaly provoznímu namáhání a vibracím, odolné pro dlouhou životnost a přesně vyrobené, aby byly dodrženy přísné tolerance, které jsou důležité pro optimální výkon motoru.

Tradičně se tato pouzdra vyrábějí metodami odlévání (tlakové lití, odlévání do písku) nebo rozsáhlým CNC obráběním ze sochorového materiálu. Tyto konvenční postupy jsou sice efektivní, ale často narážejí na omezení, zejména při řešení složitých geometrií, možností odlehčení a rychlých vývojových cyklů charakteristických pro moderní elektromobily. Zde je třeba výroba aditiv kovů (AM), běžně známý jako kov 3D tisk, se stává transformativní technologií. Technologie AM nabízí nebývalou svobodu při navrhování a umožňuje vytvářet vysoce optimalizované, složité a lehké konstrukce, které je obtížné nebo nemožné vyrobit tradičními metodami. Usnadňuje rychlou tvorbu prototypů a iterací, čímž výrazně zrychluje lhůty vývoje, a umožňuje konsolidaci dílů, což potenciálně snižuje složitost montáže a celkovou hmotnost systému. Pro komponenty, jako jsou kryty hřídelí elektromotorů, představuje kovový 3D tisk přesvědčivou nabídku hodnoty, která umožňuje výrobcům posouvat hranice výkonu, účinnosti a inovací v oblasti elektromobility. Společnosti, které stojí v čele této technologie, jako např Met3dp, poskytují pokročilé vybavení a vysoce výkonné materiály potřebné k využití plného potenciálu AM v náročných automobilových aplikacích. Tento průzkum se zabývá složitostí využití kovového 3D tisku pro kryty hřídelí elektromotorů a zkoumá aplikace, výhody, materiály a úvahy spojené s přijetím tohoto špičkového výrobního přístupu.  

Aplikace a funkce: Kde se používají pouzdra hřídelí elektromotorů?

Kryt hřídele elektromotoru je mnohem víc než jen pouhý kryt; je to multifunkční součást, která je nedílnou součástí výkonu, spolehlivosti a integrace elektromotoru do hnacího ústrojí vozidla. Jeho konstrukce a provedení přímo ovlivňují účinnost motoru, hlučnost, vibrace, drsnost (NVH), tepelnou stabilitu a celkovou odolnost. Pochopení jeho rozmanitých funkcí zdůrazňuje, proč je optimalizace jeho konstrukce a výrobního procesu pro výrobce elektromobilů tak důležitá.  

Klíčové funkce a aplikace:

1. Konstrukční podpora a vyrovnání:
   • Podpora ložisek: Skříň poskytuje přesná montážní místa pro ložiska, která podpírají hřídel motoru. Přesné vyrovnání je zásadní pro minimalizaci tření, opotřebení a vibrací, zajištění plynulé rotace a maximalizaci životnosti motoru. Nesprávné seřízení může vést k předčasnému selhání ložisek a snížení účinnosti motoru.  
   • Montáž komponent: Slouží jako pevná konstrukce pro montáž dalších součástí motoru, jako jsou senzory (snímače polohy, snímače teploty), snímače a někdy i části chladicího systému.
   • Integrace hnacího ústrojí: Skříň je vybavena montážními body (příruby, drážky, otvory pro šrouby) pro bezpečné upevnění sestavy motoru k převodovce, diferenciálu nebo pomocnému rámu vozidla. Musí odolávat statickému a dynamickému zatížení spojenému s provozem vozidla, včetně reakce točivého momentu, zrychlení, brzdění a vibrací způsobených vozovkou.
2. Ochrana a utěsnění:
   • Stínění prostředí: Kryt tvoří bariéru, která chrání citlivé vnitřní části motoru (rotor, statorové vinutí, ložiska, hřídel) před vlivy prostředí, jako je prach, špína, stříkající voda, vlhkost a nečistoty ze silnice. Tato ochrana má zásadní význam pro prevenci koroze, elektrických zkratů a mechanického poškození.  
   • Omezení: Obsahuje maziva nezbytná pro funkci ložisek a zabraňuje úniku, který by mohl vést k poruše součástí a kontaminaci životního prostředí. Účinné utěsnění (často pomocí těsnění nebo těsnicích materiálů ve spojení s přesně opracovanými styčnými plochami) je prvořadé.
3. Tepelný management:
   • Odvod tepla: Elektromotory při provozu vytvářejí značné množství tepla, zejména při vysokém zatížení. Skříň hraje roli při odvádění tepla z jádra motoru (statoru a vinutí) a ložisek do okolního prostředí nebo do speciálního chladicího systému (kapalina nebo vzduch). Důležitými faktory jsou tepelná vodivost materiálu a povrch pouzdra.  
   • Integrace s chladicími systémy: Pokročilé konstrukce krytů, často umožněné technologií AM, mohou obsahovat integrované chladicí kanály pro systémy kapalinového chlazení nebo optimalizované struktury žeber pro lepší chlazení vzduchem. To umožňuje efektivnější tepelné řízení, které umožňuje vyšší hustotu výkonu a trvalý výkon bez přehřívání.  
4. Snížení hluku, vibrací a drsnosti (NVH):
   • Tuhost a tlumení: Konstrukční tuhost skříně ovlivňuje vlastnosti motoru z hlediska NVH. Tuhá skříň pomáhá minimalizovat vibrace vznikající v důsledku elektromagnetických sil a rotujících součástí motoru. K tlumení vibrací může přispět i volba materiálu a geometrie, což vede k tiššímu a plynulejšímu chodu motoru, což je u elektromobilů klíčový prodejní argument.
   • Akustická skříň: Skříň do jisté míry funguje jako akustická bariéra, která pomáhá tlumit hluk generovaný motorem a převodovkou.

Kontext odvětví:

Pouzdro hřídele motoru EV nachází uplatnění napříč celým spektrem elektrických vozidel, včetně:

• Bateriová elektrická vozidla (BEV): Od kompaktních městských vozů až po luxusní sedany a výkonné sportovní vozy.
• Hybridní elektrická vozidla (PHEV): Komponenty pouzdra elektromotoru hybridního hnacího ústrojí.  
• Hybridní elektrická vozidla (HEV): Podobné aplikace v rámci hybridních systémů.
• Elektrická užitková vozidla: Včetně dodávek, nákladních automobilů a autobusů, u kterých je nejdůležitější odolnost a spolehlivost.
• Elektrická dvoukolová vozidla a další zařízení pro mobilitu: Ačkoli jsou často jednodušší, platí základní principy.

S vývojem architektury elektromobilů (např. motory v kolech, integrované e-nápravy) je konstrukce a integrace krytů motorů ještě složitější a kritičtější, což dále podporuje flexibilitu konstrukce, kterou nabízí aditivní výroba. Potřeba řešení na míru pro konkrétní platformy vozidel, výkonnostní cíle a omezení týkající se balení činí z AM stále atraktivnější možnost výroby těchto životně důležitých komponent.

Proč zvolit 3D tisk z kovu pro pouzdra motorů elektromobilů?

Zatímco tradiční výrobní metody, jako je odlévání a obrábění, sloužily automobilovému průmyslu dobře po celá desetiletí, jedinečné požadavky vývoje elektrických vozidel nutí inženýry zkoumat pokročilejší výrobní techniky. Aditivní výroba kovů nabízí řadu přesvědčivých výhod, které jsou speciálně vhodné pro výzvy a příležitosti, které skříně hřídelí elektromotorů představují. Srovnání AM s konvenčními metodami ukazuje, proč si AM rychle získává oblibu:

Kovové AM vs. tradiční výroba pro pouzdra motorů elektromobilů:

Vlastnosti	Aditivní výroba kovů (např. LPBF, EBM)	Tradiční odlévání (např. tlakové lití)	Tradiční obrábění (ze sochoru)
Složitost návrhu	Velmi vysoká: Umožňuje složité vnitřní prvky (chladicí kanály, mřížkové struktury), organické tvary, optimalizaci topologie.	Mírné: Omezeno úhly tahu formy, jádry a omezeními tloušťky stěn. Vnitřní kanály jsou složité/nákladné.	Mírná až vysoká: Závisí na osách stroje a přístupu k nástrojům. Hluboké kapsy nebo složité vnitřní prvky obtížné/nákladné.
Odlehčení	Vynikající: Optimalizace topologie a mřížkové struktury umožňují výrazné snížení hmotnosti při zachování tuhosti. Materiál je umístěn pouze tam, kde je to nutné.	Dobré: Je to možné díky volbě materiálu (např. hliník) a základnímu žebrování, ale je to omezeno procesními omezeními.	Spravedlivé: Snížení hmotnosti především odstraněním materiálu, méně efektivní než optimalizace topologie. Značný odpad materiálu.
Konsolidace částí	Vysoký potenciál: Do jednoho tištěného dílu lze integrovat více komponent (např. držáky, úchyty, kryty kanálů), čímž se zkrátí doba montáže, zkrátí se spoje a sníží se potenciální netěsnosti.	Omezené: Do jisté míry možné, ale omezené složitostí formy.	Velmi omezené: Obvykle vyrábí jednotlivé monolitické díly. Konsolidace vyžaduje samostatné procesy spojování.
Rychlost (prototypování)	Velmi rychle: Ideální pro rychlé iterace a funkční prototypy. Rychlá implementace změn designu bez použití nástrojů.	Pomalé: Vyžaduje značný čas na návrh a výrobu formy. Úpravy jsou nákladné a časově náročné.	Mírná až rychlá: Pro jednoduché prototypy je rychlejší než odlévání, ale složité díly vyžadují rozsáhlé programování a nastavení.
Rychlost (výroba)	Mírné: Škálování vyžaduje více strojů. V současné době se nejlépe hodí pro malé až střední objemy nebo velmi složité díly. Rychle se zlepšuje.	Velmi rychle: Vynikající pro velkosériovou výrobu po vytvoření nástrojů. Nízké náklady na jeden díl v měřítku.	Pomalý až středně rychlý: Závisí na složitosti a objemu. Při velkých objemech může být nákladná kvůli ztrátě strojního času a materiálu.
Náklady na nástroje	Žádné: Přímá digitální výroba eliminuje potřebu forem, zápustek nebo specifických přípravků.	Velmi vysoká: Značné počáteční investice do nástrojů. Ekonomické pouze pro velké výrobní série.	Nízká až středně vysoká: Vyžaduje standardní řezné nástroje a přípravky, ale ne specifické tvrdé nástroje jako formy.
Materiálový odpad	Nízká: Používá práškový materiál především tam, kde je to potřeba. Netavený prášek se obvykle recykluje v rámci procesu.	Mírné: Běhouny, brány a blikače vytvářejí odpad, který je však často recyklovatelný.	Vysoká: Subtraktivní proces ze své podstaty vytváří značný odpad třísek (třísky), zejména u složitých geometrií vycházejících z velkých předvalků.
Možnosti materiálu	Rozsah pěstování: K dispozici jsou různé slitiny (Al, Ti, ocel, Ni), včetně slitin na zakázku. Met3dp nabízí široké portfolio.	Zavedený rozsah: Především slitiny Al, Mg, Zn pro tlakové lití; Fe, ocel, Al pro lití do písku.	Nejširší rozsah: Lze použít prakticky jakýkoli obráběný kovový tyčový/blokový materiál.
Interní funkce	Vynikající: Snadno se vytvářejí složité vnitřní chladicí kanály, průchody a lehké konstrukce.	Obtížné/nákladné: Vyžaduje složitá jádra, vložky nebo dodatečné obrábění.	Velmi obtížné/nemožné: Omezený přístup pro řezné nástroje omezuje složitou vnitřní geometrii.

Export do archů

Shrnutí hlavních výhod:

• Bezkonkurenční volnost designu: Inženýři mohou navrhnout optimální skříně na základě požadavků na výkon (konstrukční, tepelné, NVH), nikoliv na základě výrobních omezení. To umožňuje:
  • Optimalizace topologie: Algoritmy určují nejefektivnější rozložení materiálu pro splnění požadavků na zatížení, což výrazně snižuje hmotnost.
  • Integrované funkce: Chladicí kanály, držáky senzorů, průchody kapalin a složité povrchy lze zabudovat přímo do dílu.
  • Organické tvary: Hladké, komplexní zakřivení optimalizované pro proudění (chladicí kapaliny nebo vzduchu) nebo rozložení napětí.
• Rychlé prototypování a iterace: Nové návrhy nebo úpravy lze vytisknout a otestovat během několika dnů, zatímco při změnách nástrojů v odlitcích se jedná o týdny nebo měsíce. To výrazně urychluje vývojový cyklus elektromobilů.
• Odlehčení: Klíčové pro prodloužení dojezdu elektromobilů. AM umožňuje konstrukci skříní, které jsou o 30-50 % lehčí než konvenčně vyráběné protějšky při zachování nebo dokonce zvýšení tuhosti a výkonu.
• Konsolidace částí: Snížení počtu součástí v sestavě motoru zjednodušuje logistiku, zkracuje dobu montáže a snižuje náklady, eliminuje potenciální místa poruch (jako jsou těsnění nebo spojovací prvky) a může dále snížit hmotnost.  
• Výroba na vyžádání a na zakázku: Umožňuje výrobu malých sérií, verzí na míru pro různé modely vozidel nebo náhradních dílů bez nutnosti velkých zásob nebo nákladného nářadí.
• Vylepšený tepelný management: Schopnost integrovat komplexní konformní chladicí kanály přímo do stěn skříně umožňuje vysoce účinný odvod tepla, který je u motorů s vysokou hustotou výkonu rozhodující pro udržení optimální provozní teploty.

Zatímco u velmi velkých objemů může mít AM odlévání kovů vyšší náklady na jeden díl ve srovnání se zavedenými metodami odlévání dnes, celkové výhody - zejména z hlediska zvýšení výkonu, rychlosti vývoje a optimalizace konstrukce - z něj činí stále strategičtější volbu pro kritické součásti elektromobilů, jako jsou pouzdra hřídelí motorů, zejména při vývoji, nízko až středně velkosériové výrobě a pro vysoce výkonné aplikace. Přístup k pokročilým řešení kovového 3D tisku umožňuje výrobcům rychleji inovovat a vytvářet vynikající pohonné jednotky pro elektromobily.

Materiální záležitosti: (AlSi10Mg & 17-4PH)

Výkon, trvanlivost a nákladová efektivita 3D tištěného krytu hřídele elektromotoru jsou do značné míry závislé na volbě materiálu. Výběr vhodného kovového prášku je zásadní pro splnění náročných požadavků automobilových aplikací. Dva běžně doporučované materiály pro tuto aplikaci, z nichž každý nabízí odlišný soubor vlastností, jsou tyto AlSi10Mg (slitina hliníku) a 17-4PH (nerezová ocel tvrdnoucí při srážení). Přední dodavatelé, jako je Met3dp, nabízejí vysoce kvalitní verze těchto prášků, speciálně optimalizované pro aditivní výrobní procesy.  

1. AlSi10Mg (slitina hliníku, křemíku a hořčíku)  

AlSi10Mg je jednou z nejpoužívanějších hliníkových slitin při aditivní výrobě kovů, zejména při laserové práškové fúzi (LPBF/SLM). V podstatě se jedná o slitinu upravenou pro AM, která je známá svou vynikající rovnováhou mechanických vlastností, nízkou hustotou a dobrou zpracovatelností.  

• Klíčové vlastnosti a výhody krytů motorů pro elektromobily:
  • Nízká hustota: Slitiny hliníku jsou výrazně lehčí než oceli (přibližně 2,68 g/cm³ pro AlSi10Mg oproti ~7,8 g/cm³ pro 17-4PH). To se přímo promítá do úspora hmotnosti pro bydlení, což přispívá ke zvýšení dojezdu a účinnosti vozidla, což je hlavním cílem při konstrukci elektromobilů.
  • Dobrá tepelná vodivost: Hliníkové slitiny mají obecně dobrou tepelnou vodivost (přibližně 130-150 W/m-K po odlehčení napětí pro AM AlSi10Mg), což je výhodné pro odvod tepla generovaného motorem. To napomáhá tepelnému managementu a potenciálně zjednodušuje požadavky na chladicí systém.
  • Vynikající zpracovatelnost: AlSi10Mg je dobře pochopitelný a relativně snadno zpracovatelný pomocí systémů LPBF, což umožňuje zpracování jemných detailů, tenkých stěn a složitých geometrií. Ve srovnání s některými jinými kovy obecně vede k dílům s dobrou povrchovou úpravou (as-built).
  • Dobrý poměr pevnosti a hmotnosti: AlSi10Mg sice není tak pevný jako ocel, ale po vhodném tepelném zpracování (např. T6) nabízí velmi příznivý poměr pevnosti k hmotnosti a poskytuje dostatečnou mechanickou integritu pro mnoho aplikací v pouzdrech.
  • Odolnost proti korozi: Nabízí dostatečnou odolnost proti korozi pro typické prostředí pod kapotou automobilu nebo hnacího ústrojí, ačkoli pro zvýšenou ochranu v náročných podmínkách lze zvážit použití nátěrů.
  • Efektivita nákladů: Hliníkový prášek je obecně cenově výhodnější než specializované nerezové oceli nebo titanové slitiny.
• Úvahy:
  • Nižší absolutní pevnost a tuhost ve srovnání s ocelí. Konstrukce může vyžadovat silnější profily nebo výztužné prvky (žebra, optimalizovaná topologie), aby bylo dosaženo stejné tuhosti jako u ocelového dílu.
  • Nižší mezní provozní teploty ve srovnání s ocelí. Nemusí být vhodné pro konstrukce motorů s extrémně vysokými teplotami bez pečlivého tepelného řízení.
  • Pro dosažení optimálních mechanických vlastností a rozměrové stability vyžaduje vhodné následné zpracování (uvolnění napětí a obvykle tepelné zpracování T6).

2. nerezová ocel 17-4PH (martenzitická nerezová ocel vytvrzovaná srážkami)  

17-4PH (AISI 630) je univerzální chromniklová a měděná nerezová ocel známá pro svou vynikající kombinaci vysoké pevnosti, dobré odolnosti proti korozi a houževnatosti. Jediným nízkoteplotním tepelným zpracováním (srážkovým kalením nebo stárnutím) lze dosáhnout vysokého stupně kalení.  

• Klíčové vlastnosti a výhody krytů motorů pro elektromobily:
  • Vysoká pevnost a tvrdost: Výrazně pevnější a tvrdší než hliníkové slitiny, zejména po tepelném zpracování (např. stav H900). To umožňuje použití tenčích stěn při zachování strukturální integrity a poskytuje vynikající odolnost proti opotřebení ložiskových sedel nebo montážních rozhraní.
  • Dobrá odolnost proti korozi: V porovnání s AlSi10Mg nabízí vyšší odolnost proti korozi, takže je vhodný pro náročnější prostředí nebo tam, kde je problém s vystavením korozivním kapalinám.
  • Vyšší provozní teploty: Ve srovnání s hliníkem si zachovává dobré mechanické vlastnosti při zvýšených teplotách a nabízí větší konstrukční rezervu pro tepelný management.
  • Dobrá odolnost: Vykazuje dobrou odolnost proti lomu, což je důležité pro součásti vystavené rázovému zatížení nebo vibracím.
  • Svařitelnost: V případě potřeby lze svařovat, i když u dílů AM je to méně obvyklé.
• Úvahy:
  • Vyšší hustota: Výrazně těžší než hliník (téměř třikrát hustší). Použití materiálu 17-4PH bude mít za následek těžší pouzdro, pokud nebude použita agresivní optimalizace topologie, což může kompenzovat některé výhody odlehčení AM.
  • Nižší tepelná vodivost: V porovnání s hliníkem má výrazně nižší tepelnou vodivost (přibližně 16-18 W/m-K). To znamená, že odvod tepla samotným krytem bude méně účinný, což může vyžadovat sofistikovanější integrované chladicí kanály nebo externí chladicí řešení.
  • Výzvy při zpracování: Zpracování pomocí LPBF může být náročnější než u AlSi10Mg, což může vyžadovat pečlivější optimalizaci parametrů pro kontrolu zbytkových napětí a dosažení optimální hustoty. Podpůrné struktury mohou být obtížněji odstranitelné.
  • Vyšší cena materiálu: prášek 17-4PH je obvykle dražší než prášek AlSi10Mg.

Volba mezi AlSi10Mg a 17-4PH:

Optimální volba do značné míry závisí na konkrétních požadavcích na motor a platformu vozidla:

• Vyberte si AlSi 10Mg kdy:
  • Odlehčení je absolutní prioritou.
  • Provozní teploty jsou mírné.
  • Pro pasivní odvod tepla je žádoucí dobrá tepelná vodivost.  
  • Náklady jsou významným faktorem.
  • Optimalizací konstrukce lze dosáhnout dostatečných konstrukčních vlastností.
• Vyberte si 17-4PH kdy:
  • Je vyžadována maximální pevnost, tuhost a odolnost.
  • Pouzdro je vystaveno vysokému mechanickému zatížení nebo opotřebení na rozhraních.
  • Provozní teploty jsou zvýšené.
  • Je nutná vynikající odolnost proti korozi.
  • Hmotnost je druhořadým problémem, neboŅ i přes vyšší hustotu lze optimalizací topologie dosáhnout výrazného odlehčení.
  • Nižší tepelnou vodivost lze kompenzovat integrovaným chlazením.

Důležitost kvality prášku:

Bez ohledu na zvolenou slitinu je pro úspěšnou aditivní výrobu nejdůležitější kvalita kovového prášku. Faktory jako např:

• Distribuce velikosti částic (PSD): Ovlivňuje hustotu práškového lože, tekutost a rozlišení finálního dílu.  
• Sféricita: Vysoce sférické prášky lépe tečou a jsou hustěji zabaleny, což vede k vyšší kvalitě výtisků s menším počtem dutin.  
• Chemické složení: Musí přísně dodržovat specifikace, aby byly zajištěny předvídatelné vlastnosti materiálu.
• Nízké úrovně nečistot (např. kyslík, dusík): Nečistoty mohou negativně ovlivnit mechanické vlastnosti a svařitelnost.
• Tekutost: Rozhodující pro rovnoměrné rozprostření prášku během tisku.  

Firmy jako Met3dp se specializuje na výrobu vysoce kvalitních kovových prášků přizpůsobených pro procesy AM, jako je LPBF a tavení elektronovým svazkem (EBM). Využívají pokročilé techniky, jako je Vakuová indukční tavicí plynová atomizace (VIGA) a Proces plazmové rotující elektrody (PREP) zajišťuje výrobu prášků jako AlSi10Mg a 17-4PH s vysokou sféricitou, kontrolovanou PSD, nízkým obsahem nečistot a vynikající tekutostí. Používání prášků od renomované dodavatel jako je Met3dp, poskytuje jistotu konzistence a výkonu materiálu, což je rozhodující pro náročné aplikace, jako jsou pouzdra hřídelí elektromotorů, kde spolehlivost a kvalita jsou neoddiskutovatelné. Jejich odborné znalosti zajišťují, že základní materiál splňuje přísné normy vyžadované pro výrobu automobilových součástek.  

Návrh pro aditivní výrobu (DfAM) pro optimální kryty hřídelí elektromotorů

Pouhá replikace konstrukce určené pro odlévání nebo obrábění pomocí 3D tisku kovů často nevyužívá skutečný potenciál této technologie a může dokonce přinést nové problémy. Aby bylo možné plně využít výhod aditivní výroby pro komponenty, jako jsou například kryty hřídelí elektromotorů, musí konstruktéři přijmout Design pro aditivní výrobu (DfAM) zásady. DfAM je filozofie návrhu, která od počátku zohledňuje možnosti a omezení procesu AM, což umožňuje vytvářet díly, které jsou nejen vyrobitelné, ale také vysoce optimalizované z hlediska výkonu, hmotnosti a funkce. Aplikace DfAM na pouzdra hřídelí elektromotorů může přinést významná zlepšení.

Klíčové zásady DfAM pro hřídele elektromotorů:

1. Optimalizace topologie:
   • Koncept: Pomocí specializovaných softwarových algoritmů optimalizace topologie matematicky určuje nejefektivnější rozložení materiálu v rámci definovaného návrhového prostoru s ohledem na konkrétní zatěžovací stavy, omezení (např. montážní body, ochranné zóny) a výkonnostní cíle (např. minimalizace hmotnosti, maximalizace tuhosti).
   • Použití: V případě skříně motoru to znamená odstranění materiálu z málo namáhaných oblastí a zároveň zesílení kritických cest zatížení. Výsledkem jsou často organické struktury podobné kostem, které jsou výrazně lehčí (často o 30-60 % nižší hmotnost) než tradiční konstrukce, ale mají stejnou nebo vyšší tuhost a pevnost. To má zásadní význam pro zlepšení dojezdu elektromobilů.
   • Úvahy: Optimalizované návrhy mohou být složité a mohou vyžadovat ověření pomocí simulace (FEA). Do optimalizačního nastavení je třeba zahrnout výrobní omezení zvoleného procesu AM (např. minimální velikost prvku, úhly převisu).
2. Příhradové konstrukce a výplně:
   • Koncept: Nahrazení pevných objemů vnitřními mřížkovými strukturami (např. gyroidy, voštinami, stochastickými pěnami) může dále snížit hmotnost a spotřebu materiálu při zachování významné strukturální podpory nebo poskytnout další funkční výhody, jako je tlumení vibrací nebo zvýšená plocha pro výměnu tepla.
   • Použití: Vnitřní mřížky lze selektivně použít v silnějších částech stěn skříně, aby se snížila hmotnost bez snížení celkové tuhosti. Mohou být také navrženy tak, aby pohlcovaly energii nárazu nebo tlumily vibrace a zlepšovaly tak vlastnosti NVH.
   • Úvahy: Konstrukce mříží vyžaduje pečlivou analýzu, aby byla zajištěna strukturální integrita. Odstraňování prášku ze složitých vnitřních mřížek může být náročné a musí se s ním počítat (např. navrhnout dostatečný počet odtokových/přístupových otvorů).
3. Konsolidace částí:
   • Koncept: S využitím schopnosti AM&#8217 vytvářet složité geometrie lze do jediného monolitického tištěného dílu integrovat více komponent, které by se tradičně vyráběly odděleně a následně montovaly (např. tělo pouzdra, montážní držáky, držáky senzorů, kryty chladicích kanálů).
   • Použití: Integrace držáků přímo do skříně eliminuje použití spojovacího materiálu, těsnění a montážních kroků. Součásti chladicího okruhu lze sloučit do hlavního tělesa.
   • Výhody: Snižuje počet dílů, zjednodušuje dodavatelský řetězec a montáž, snižuje náklady na montážní práci, eliminuje potenciální netěsnosti nebo místa poruch ve spojích a může dále snížit celkovou hmotnost.
4. Integrované funkční prvky:
   • Koncept: Navrhování prvků přímo do dílu AM, které zlepšují jeho funkčnost.
   • Aplikace – Konformní chladicí kanály: Snad jedna z nejvýznamnějších výhod pro kryty motorů. AM umožňuje vytvářet složité chladicí kanály, které přesně kopírují obrysy míst, kde vzniká teplo (např. rozhraní statoru nebo ložisková sedla), ve stěnách skříně. Toto “konformní chlazení” je mnohem účinnější než tradiční vrtané kanály, umožňuje lepší tepelný management, vyšší hustotu výkonu motoru a potenciálně eliminuje potřebu samostatných chladicích plášťů.
   • Aplikace – Uchycení senzorů & amp; Vedení kabelů: Přesně tvarované montážní body pro senzory, integrované kanály nebo svorky pro vedení kabelů mohou být zabudovány přímo do konstrukce skříně.
   • Aplikace – Přechody tekutin: Porty a průchody pro mazání nebo vstup/výstup chladicí kapaliny lze bez problémů integrovat.
5. Navrhování pro minimalizaci podpory:
   • Koncept: Laserová fúze v práškovém loži (LPBF) obvykle vyžaduje podpůrné konstrukce pro převislé prvky (obvykle pod 45 stupňů od vodorovné roviny), aby se zabránilo deformaci a ukotvení dílu na konstrukční desce. Tyto podpěry spotřebovávají další materiál, prodlužují dobu tisku a vyžadují odstranění při následném zpracování, což může být pracné a může dojít k poškození povrchu. Cílem DfAM je minimalizovat nebo odstranit potřebu podpěr.
   • Techniky:
     • Optimalizace orientace: Výběr optimální orientace stavby pro minimalizaci rozsahu převisů.
     • Samonosné úhly: Navrhování převisů s úhly většími, než je kritická mez (obvykle >45 stupňů).
     • Fazety a řízky: Nahrazení ostrých vodorovných hran šikmými nebo zakřivenými plochami (zkosení/filamenty) může zajistit samonosnost prvků.
     • Obětní funkce: Zahrnuje prvky speciálně navržené pro podporu kritických geometrií během sestavování, které lze následně snadno opracovat během následného zpracování.
     • Tvar slzy: Úprava kruhových vodorovných otvorů do samonosných tvarů slzy nebo kosočtverce.
6. Úvahy o odstraňování prášku:
   • Koncept: Z hotového dílu je třeba odstranit netavený kovový prášek, zejména z vnitřních kanálků a dutin. Zachycený prášek zvyšuje hmotnost a může představovat funkční riziko.
   • Strategie návrhu: Do konstrukce zahrňte strategicky umístěné odtokové/přístupové otvory, které umožní snadné odstranění prášku po tisku, zejména z vnitřních chladicích kanálů nebo mřížkových struktur. Dbejte na to, aby byly vnitřní kanály hladké a dostatečně velké, aby nedošlo k ucpání práškem.
7. Minimální tloušťka stěny a velikost prvku:
   • Koncept: Každý proces AM a materiál má omezení minimální tloušťky stěny a velikosti prvků (např. čepů, otvorů), které lze spolehlivě vyrobit.
   • Použití: Zajistěte, aby stěny pouzdra, žebra a integrované prvky splňovaly minimální vyrobitelné rozměry (např. obvykle >0,4-0,5 mm pro LPBF, i když silnější jsou často robustnější). Projděte si specifikace používaného systému AM, například ty, které nabízí společnost Met3dp.

Systematickým uplatňováním těchto principů DfAM mohou konstruktéři přeměnit kryt hřídele elektromotoru ze standardního krytu na vysoce optimalizovanou, lehkou a funkčně integrovanou součást. To vyžaduje změnu myšlení, překonání omezení tradičních metod a plné využití geometrické svobody, kterou nabízí aditivní výroba. Spolupráce s odborníky na AM, jako je tým Met3dp, během fáze návrhu může poskytnout cenné poznatky o možnostech procesu a pomoci maximalizovat výhody DfAM pro konkrétní tiskových metod.

Dosažení přesnosti: Tolerance, povrchová úprava a přesnost u 3D tištěných pouzder

Aditivní výroba kovů nabízí neuvěřitelnou volnost při navrhování, ale dosažení potřebné přesnosti pro funkční součásti, jako jsou pouzdra hřídelí elektromotorů, je velmi důležité. Aspekty, jako je rozměrová přesnost, dosažitelné tolerance kritických prvků (např. ložiskových sedel a styčných přírub) a povrchová úprava, mají přímý vliv na výkon, montáž a životnost elektromotoru. Pochopení toho, jakých úrovní přesnosti je obvykle možné dosáhnout pomocí technologie AM na bázi kovu, je nezbytné pro stanovení realistických očekávání a plánování nezbytných kroků následného zpracování.

Klíčové aspekty přesnosti při AM obrábění kovů:

1. Rozměrová přesnost:
   • Definice: Jak přesně se rozměry vytištěného dílu shodují se jmenovitými rozměry uvedenými v modelu CAD.
   • Dosažitelné úrovně: Typická rozměrová přesnost pro procesy AM s kovy, jako je LPBF, se často uvádí v rozmezí ±0,1 mm až ±0,2 mm pro menší rozměry (např. do 100 mm) a přibližně ±0,1 % až ±0,2 % pro větší rozměry. Tato hodnota je však značně závislá na několika faktorech:
     • Velikost a geometrie dílu: Větší díly a složité geometrie jsou při tisku náchylnější k tepelnému namáhání, které může způsobit deformace a odchylky.
     • Orientace na stavbu: Orientace dílu na konstrukční desce ovlivňuje tepelné gradienty, požadavky na podporu a potenciální deformace.
     • Materiál: Různé materiály mají různé tepelné vlastnosti a rychlost smršťování.
     • Kalibrace stroje: Klíčové jsou přesná velikost laserového bodu, kalibrace skeneru a kontrola tloušťky vrstvy. Vysoce kvalitní stroje, jako jsou stroje vyvinuté společností Met3dp, které jsou známé svými vlastnostmi špičkový objem, přesnost a spolehlivost tisku, jsou nezbytné.
     • Tepelný management: Regulace teploty ve stavební komoře minimalizuje namáhání.
     • Následné zpracování: Tepelné zpracování pro uvolnění napětí je důležité pro uvolnění vnitřních pnutí a zlepšení rozměrové stability.
   • Zmírnění: Pečlivý návrh (DfAM), simulace procesu sestavování, optimalizované parametry sestavování, správné podpůrné strategie a odlehčení napětí po tisku jsou klíčem k dosažení maximální rozměrové přesnosti.
2. Tolerance:
   • Definice: Přípustný rozsah odchylek pro určitý rozměr. Kritické prvky na skříni motoru, jako jsou průměry otvorů ložisek, těsnicí plochy hřídele, průměry pilot a rovinnost čel příruby, vyžadují pro správnou funkci přísné tolerance.
   • Stavba vs. následné zpracování: Procesy kovového AM obvykle dosahují tolerancí srovnatelných s investičním litím, často v rozsahu ISO 2768-m (střední) nebo někdy ISO 2768-f (jemné) pro hotové díly. Dosažení velmi těsných tolerancí požadovaných pro uložení ložisek (např. H7) nebo těsnicí povrchy však obvykle vyžaduje následné obrábění (CNC frézování, soustružení, broušení) těchto specifických funkcí.
   • Typické hodnoty:
     • Stav podle projektu (LPBF): ±0,1 mm až ±0,3 mm běžné, u malých prvků případně těsnější.
     • Funkce po obrobení: V závislosti na způsobu obrábění lze dosáhnout tolerancí ±0,01 mm až ±0,05 mm nebo ještě větších.
   • Strategie: Navrhněte AM díl s dostatečným množstvím obráběného materiálu (např. 0,5 mm až 1,0 mm) na kritických plochách, které vyžadují přísné tolerance. Většinu složité geometrie vytvoří AM, zatímco přesné obrábění zajistí konečnou toleranci na klíčových rozhraních.
3. Povrchová úprava (drsnost):
   • Definice: Míra jemné struktury povrchu, často kvantifikovaná průměrnou drsností (Ra). Drsnost povrchu ovlivňuje tření, opotřebení, těsnicí schopnost a únavovou životnost.
   • Povrchová úprava podle stavu: Povrchová úprava dílů z LPBF je přirozeně drsnější než u obráběných povrchů, a to v důsledku slučování částic prášku po vrstvách.
     • Vrchní plochy: Obecně hladší (Ra 5-15 µm).
     • Svislé stěny: Střední drsnost (Ra 10-20 µm).
     • Plochy s podložkou/podporovanými plochami: Nejdrsnější povrchy (Ra 15-30 µm nebo více), často se stopami po podpůrných konstrukcích.
     • Interní kanály: Mohou být obtížně opracovatelné a obvykle si zachovávají drsnější povrch.
   • Faktory vlivu: Tloušťka vrstvy, parametry laseru, velikost částic prášku a orientace konstrukce ovlivňují drsnost při stavbě. Materiály jako AlSi10Mg často poskytují o něco lepší povrchovou úpravu než oceli v LPBF.
   • Následné zpracování pro lepší povrchovou úpravu: Povrchovou úpravu lze zlepšit různými metodami:
     • Tryskání kuličkami / pískování: Poskytuje rovnoměrný matný povrch, odstraňuje částečně roztavené částice (zlepšuje Ra na ~5-10 µm).
     • Obrábění / vibrační úprava: Používá média k vyhlazení povrchů a hran, efektivní pro dávky dílů (lze dosáhnout Ra ~1-5 µm).
     • Elektrolytické leštění: Elektrochemický proces, který odstraňuje tenkou vrstvu materiálu, čímž vzniká velmi hladký a čistý povrch (Ra < 1 µm).
     • CNC obrábění: Poskytuje nejlepší povrchovou úpravu na specifických prvcích vyžadujících hladkost (např. těsnicí plochy, otvory ložisek, Ra < 0,8 µm snadno dosažitelné).
     • Ruční leštění: Je to pracné, ale v případě potřeby lze dosáhnout zrcadlového povrchu.

Souhrnná tabulka dosažitelné přesnosti (typické hodnoty pro LPBF):

Parametr	Stav po dokončení	Po obrábění (specifické vlastnosti)	Po povrchové úpravě (celkově)	Poznámky
Rozměrová přesnost	±0,1 až ±0,2 mm (nebo ±0,1-0,2 %)	Neuplatňuje se (definováno obráběním)	Z velké části beze změny	Velmi závisí na velikosti, geometrii, materiálu a řízení procesu.
Tolerance	ISO 2768-m / -f (přibližně)	H7, ±0,01 – ±0,05 mm (nebo těsněji)	Z velké části beze změny	Přísné tolerance vyžadují obrábění.
Drsnost povrchu (Ra)	5 – 30 µm	< 0,8 µm (nebo lepší)	1 – 10 µm (otryskávání/otloukání)	Výrazně se liší podle orientace povrchu (horní, boční, podepřený).
			< 1 µm (leštění)

Export do archů

Závěr o přesnosti: Ačkoli se technologie AM nemůže vyrovnat přesnosti špičkového CNC obrábění celého dílu ve stavu, v jakém je vyroben, poskytuje velmi přesný čistý tvar. Kombinací geometrické volnosti AM s cíleným postprocesním obráběním kritických rozhraní mohou výrobci dosáhnout požadované přesnosti pro náročné aplikace, jako jsou skříně hřídelí elektromotorů, a těžit z odlehčení a optimalizace konstrukce bez omezení funkčních tolerancí. Pro dosažení spolehlivých a přesných výsledků je nezbytné spolupracovat s poskytovatelem AM, jako je Met3dp, který je vybaven přesnými stroji a robustními procesy kontroly kvality.

Kromě tisku: Základní následné zpracování krytů hřídelí elektromotorů

Proces aditivní výroby je pouze prvním krokem k vytvoření funkčního krytu hřídele elektromotoru. Jakmile díl vyjde z tiskárny, je třeba provést řadu zásadních kroků následného zpracování, aby se surový tisk změnil v hotovou součástku připravenou k montáži. Tyto kroky jsou nezbytné k odstranění vnitřních pnutí, odstranění podpůrných struktur, dosažení požadovaných tolerancí a povrchových úprav kritických prvků a zajištění celkové kvality a spolehlivosti pouzdra. Konkrétní kroky a jejich pořadí se mohou lišit v závislosti na materiálu (AlSi10Mg vs. 17-4PH), složitosti konstrukce a požadavcích aplikace.

Společný pracovní postup následného zpracování pro kovová pouzdra AM:

1. Odstranění prášku / zbavení prášku:
   • Cíl: Odstraňte z dílu veškerý volný, neroztavený kovový prášek, zejména z vnitřních kanálků, dutin a složitých mřížkových struktur.
   • Metody: Ruční kartáčování, ofukování stlačeným vzduchem, vibrace, čištění ultrazvukem (někdy v rozpouštědlové lázni). Pečlivá konstrukce (DfAM) s odpovídajícími odtokovými otvory je rozhodující pro účinné odprášení vnitřních prvků, jako jsou chladicí kanály. Ve výrobě se stále častěji používají automatizované stanice pro odstraňování prachu.
   • Důležitost: Zachycený prášek zvyšuje hmotnost, může narušovat funkci (např. blokovat chladicí kanály) a může se během provozu uvolnit. Úplné odstranění je kriticky důležité.
2. Tepelné ošetření proti stresu:
   • Cíl: Zmírňuje vnitřní pnutí vznikající během rychlých cyklů zahřívání a ochlazování při tisku po vrstvách. Tato napětí mohou způsobit deformace, zkreslení a praskání během tisku nebo po něm, zejména při vyjímání dílu z konstrukční desky nebo při následném obrábění.
   • Metody: Provádí se, když je díl často ještě připevněn na konstrukční desce (zejména u větších/složitějších dílů), v peci s inertní atmosférou (např. argonovou), aby se zabránilo oxidaci. Typické cykly zahrnují zahřátí na určitou teplotu nižší, než je teplota stárnutí nebo žíhání materiálu, udržování po určitou dobu a poté pomalé ochlazování.
     • AlSi10Mg: Obvykle ~300 °C po dobu 2 hodin.
     • 17-4PH: Obvykle ~600-650 °C (subkritické žíhání) po dobu 1-2 hodin.
   • Důležitost: Je naprosto nezbytné pro rozměrovou stabilitu, zabránění deformaci při odstraňování/obrábění podpěr a zlepšení celkové integrity dílu.
3. Vyjmutí dílu ze stavební desky:
   • Cíl: Oddělte tištěné pouzdro (pouzdra) od stavební desky.
   • Metody: Drátové elektroerozivní obrábění (EDM) je běžné pro přesné řezání nízkou silou. Pásové nebo ruční řezání lze použít pro méně kritické aplikace nebo specifické geometrie.
   • Úvahy: Je třeba postupovat opatrně, aby nedošlo k poškození dílu. Předem provedené odlehčení minimalizuje riziko deformace dílu při uvolnění z desky.
4. Odstranění podpůrné konstrukce:
   • Cíl: Odstraňte dočasné podpůrné konstrukce, které jsou nutné při stavbě.
   • Metody: Podpěry jsou obvykle navrženy se slabšími rozhraními pro snadnější demontáž. Mezi tyto metody patří:
     • Ruční odpojení: Pomocí kleští, dlát nebo ručního nářadí (vhodného pro přístupné podpěry).
     • Obrábění: Frézování nebo broušení nosných konstrukcí, zejména v kritických nebo těžko přístupných místech.
     • Drátové elektroerozivní obrábění: Někdy lze použít k přesnému odstranění.
   • Důležitost: Podpěry jsou nefunkční a musí být odstraněny. Tento proces může zanechat na povrchu dílu stopy po svědcích nebo drsná místa (“vroubky”), která mohou vyžadovat další dokončovací práce. Cílem systému DfAM je minimalizovat nutnost složitého odstraňování podpěr.
5. Žíhání v roztoku & amp; stárnutí Tepelné zpracování (srážecí kalení):
   • Cíl: Vývoj konečných požadovaných mechanických vlastností (pevnost, tvrdost, houževnatost) materiálu.
   • Metody: Jedná se o vícestupňový proces, který je obzvláště důležitý pro materiály jako AlSi10Mg a 17-4PH.
     • AlSi10Mg (teplota T6): Zahrnuje úpravu roztoku (zahřátí na ~515-535 °C za účelem rozpuštění sraženin), ochlazení (rychlé ochlazení, často ve vodě) a umělé stárnutí (opětovné zahřátí na nižší teplotu, ~160-175 °C, po dobu několika hodin) za účelem vysrážení tvrdnoucích fází. Tím se výrazně zvýší pevnost a tvrdost.
     • 17-4PH (např. H900, H1025, H1150): Obvykle se dodává ve stavu žíhaném roztokem (stav A). Stárnutí zahrnuje zahřívání na určitou teplotu (např. 482 °C pro H900, 552 °C pro H1025, 621 °C pro H1150) po dobu 1-4 hodin, aby se dosáhlo požadované rovnováhy mezi pevností, houževnatostí a odolností proti korozi. Nižší teploty stárnutí poskytují vyšší pevnost, ale nižší houževnatost.
   • Důležitost: Přizpůsobí vlastnosti materiálu tak, aby splňoval požadavky na výkonnost skříně. Musí být provedeno po odlehčení napětí a odstranění hlavních podpěr, často však před konečným obráběním, aby se zohlednily případné drobné rozměrové změny.
6. CNC obrábění:
   • Cíl: Dosáhněte úzkých tolerancí, specifických povrchových úprav a přesných geometrických prvků na kritických rozhraních.
   • Aplikace pro pouzdra:
     • Otvory/sedla ložisek: Obrábění na přesné průměry a tolerance (např. H7) s hladkým povrchem pro správné uložení a funkci ložisek.
     • Párové příruby: Operace lícování pro zajištění rovinnosti a dosažení požadované povrchové úpravy pro těsnění proti převodovkám nebo jiným součástem.
     • Těsnicí drážky/povrchy: Obrábění drážek pro O-kroužky nebo vytváření hladkých povrchů pro dynamická těsnění.
     • Závitové otvory: Závitování nebo frézování montážních otvorů.
     • Průměry pilotů: Zajištění přesných průměrů a soustřednosti pro zarovnání se spárovanými díly.
   • Metody: 3osé nebo 5osé CNC frézování, soustružení (pokud to geometrie umožňuje), broušení. Vyžaduje pečlivou konstrukci upínacího přípravku, aby se potenciálně složitý AM díl bezpečně udržel bez deformace.
   • Důležitost: Překlenuje mezeru mezi schopností tvarovat síť a vysokou přesností požadovanou pro funkční rozhraní.
7. Povrchová úprava & Čištění:
   • Cíl: Zlepšete celkovou kvalitu povrchu, odstraňte nečistoty, vylepšete vzhled nebo naneste ochranné nátěry.
   • Metody:
     • Odstraňování otřepů: Odstranění ostrých hran nebo otřepů po tisku nebo obrábění.
     • Tryskání kuličkami / kuličkování: Vytváří rovnoměrný matný povrch, čistí povrchy, může zlepšit únavovou životnost (kuličkování vyvolává tlakové napětí).
     • Obrábění / vibrační úprava: Vyhlazuje povrchy a hrany, vhodné pro dávky.
     • Leštění: Pro dosažení velmi hladkých povrchů, kde je to vyžadováno (např. z estetických důvodů nebo pro specifické těsnicí aplikace).
     • Pasivace (pro 17-4PH): Chemická úprava pro zvýšení přirozené odolnosti nerezové oceli proti korozi odstraněním volného železa a vytvořením silnější pasivní vrstvy oxidu.
     • Eloxování / konverzní povlak (pro AlSi10Mg): Poskytuje zvýšenou ochranu proti korozi a může nabídnout povrch odolný proti opotřebení.
     • Lakování / práškové lakování: Pro estetiku a dodatečnou ochranu životního prostředí.
     • Závěrečné čištění: Před montáží se ujistěte, že na dílu nejsou žádné obráběcí kapaliny, tryskací média, otisky prstů a další nečistoty.
   • Důležitost: Zajišťuje, aby konečný díl splňoval estetické, funkční (těsnění, opotřebení) a environmentální požadavky.
8. Kontrola a řízení kvality (QC):
   • Cíl: Ověřte, zda hotová skříň splňuje všechny konstrukční specifikace, rozměrové tolerance, vlastnosti materiálů a normy kvality.
   • Metody:
     • Rozměrová kontrola: Používání souřadnicových měřicích strojů (CMM), 3D skenerů, třmenů a mikrometrů k ověřování kritických rozměrů a tolerancí.
     • Nedestruktivní zkoušení (NDT): Počítačová tomografie (CT) je neocenitelná pro kontrolu vnitřních prvků (např. ucpání chladicích kanálů), zjišťování vnitřní pórovitosti nebo defektů a ověřování tloušťky stěn bez poškození dílu. Dye penetrant testing nebo testování magnetickými částicemi může zkontrolovat povrchové trhliny.
     • Ověřování vlastností materiálu: Zkouška tvrdosti. Zkouška v tahu na reprezentativních vzorcích vytištěných vedle dílu. Ověření chemické analýzy.
     • Testování těsnosti: Stlačení skříně (zejména pokud obsahuje chladicí kanály nebo musí utěsňovat maziva) za účelem kontroly těsnosti.
   • Důležitost: Zásadní pro zajištění spolehlivosti a bezpečnosti kritické automobilové součásti. Zajišťuje sledovatelnost a dokumentaci.

Konkrétní pořadí a nezbytnost těchto kroků je třeba pečlivě naplánovat. Například obrábění se obvykle provádí po tepelném zpracování, které by mohlo způsobit deformace, ale před procesy povrchové úpravy, jako je tryskání nebo eloxování. Efektivní následné zpracování je stejně důležité jako samotný proces tisku, aby bylo možné dodávat vysoce kvalitní a funkční kovové komponenty AM.

Překonávání problémů při 3D tisku hřídelí motorů pro elektromobily

Přestože aditivní výroba kovů nabízí transformační potenciál pro pouzdra hřídelí elektromotorů, není bez problémů. Úspěšné zavedení AM vyžaduje pochopení těchto potenciálních překážek a použití strategií k jejich zmírnění. Řešení těchto problémů je klíčové pro dosažení konzistentní kvality, spolehlivosti a nákladové efektivity, zejména při přechodu od prototypů k sériové výrobě.

Společné výzvy a strategie pro jejich zmírnění:

1. Zbytkové napětí, deformace a zkreslení:
   • Výzva: Rychlé, lokalizované zahřívání a ochlazování, které je vlastní LPBF/EBM, vytváří značné tepelné gradienty, které vedou k vnitřním pnutím uvnitř dílu. Tato napětí mohou způsobit deformaci dílu během tisku, prasknutí nebo deformaci při vyjmutí z konstrukční desky nebo během následného zpracování (zejména tepelného zpracování nebo obrábění). Zvláště náchylné jsou velké ploché úseky nebo ostré přechody tloušťky.
   • Strategie zmírnění dopadů:
     • Optimalizovaná orientace dílu: Orientace dílu tak, aby se minimalizovaly velké plochy průřezu na vrstvu a snížily tepelné gradienty.
     • Robustní podpůrné struktury: Návrh účinných podpěr pro bezpečné ukotvení dílu na konstrukční desce, odvádění tepla a působení proti smršťovacím silám. Specializovaný software může pomoci optimalizovat tvorbu podpěr.
     • Optimalizace parametrů procesu: Jemné doladění výkonu laseru, rychlosti skenování a strategie šrafování pro minimalizaci tepelného příkonu a akumulace napětí. Použití ostrovního skenování nebo jiných pokročilých vzorů skenování.
     • Vytápění stavebních desek: Udržování zvýšené teploty v konstrukční komoře/desce snižuje závažnost tepelných gradientů.
     • Tepelná simulace: Použití simulačního softwaru k předvídání rozložení napětí a možného zkreslení, což umožňuje úpravy konstrukce nebo kompenzační faktory před tiskem.
     • Povinná úleva od stresu: Provedení cyklu tepelného zpracování bezprostředně po tisku a často ještě před vyjmutím dílu z konstrukční desky má zásadní význam pro uvolnění napětí a zajištění rozměrové stability.
2. Pórovitost:
   • Výzva: Přítomnost malých dutin nebo pórů v tištěném materiálu. Pórovitost může zhoršovat mechanické vlastnosti (zejména únavovou pevnost a tažnost), zhoršovat těsnost a působit jako místo iniciace trhlin. Mezi příčiny patří zachycený plyn v prášku, nedostatečná hustota energie vedoucí k neúplnému roztavení, keyholingové efekty (propadající se důlky po páře) nebo špatná kvalita prášku/manipulace s ním.
   • Strategie zmírnění dopadů:
     • Vysoce kvalitní prášek: Klíčové je použití prášku s kontrolovanou distribucí velikosti částic, vysokou sféricitou, nízkou vnitřní pórovitostí plynů a správnou manipulací, aby se zabránilo absorpci vlhkosti. Dodávky od renomovaných dodavatelů, jako je společnost Met3dp, známá svými pokročilé systémy pro výrobu prášku, je klíčová.
     • Optimalizované parametry procesu: Zajištění dostatečné hustoty energie (výkon laseru, rychlost, tloušťka vrstvy) pro úplné roztavení a tavení mezi vrstvami bez nadměrné energie, která by způsobila drážkování nebo rozstřikování.
     • Kontrola inertní atmosféry: Udržování vysoce čisté atmosféry inertního plynu (argonu nebo dusíku) ve stavební komoře minimalizuje oxidaci a reakce, které mohou vést k pórovitosti plynu.
     • Izostatické lisování za tepla (HIP): Krok následného zpracování zahrnující vysokou teplotu a vysoký tlak (za použití inertního plynu). HIP může účinně uzavřít vnitřní póry, čímž se výrazně zvýší hustota (často na > 99,9 %) a zlepší mechanické vlastnosti, zejména únavová životnost. Často se zvažuje u kritických součástí vyžadujících maximální spolehlivost, i když zvyšuje náklady a čas.
     • NDT inspekce: Použití CT vyšetření k detekci a kvantifikaci úrovně vnitřní pórovitosti.
3. Obtíže při odstraňování podpory:
   • Výzva: Odstraňování podpůrných struktur, zejména z vnitřních kanálů, složitých geometrií nebo choulostivých prvků, může být časově i pracovně náročné a hrozí při něm poškození povrchu dílu. Nepřístupné vnitřní podpěry může být nemožné zcela odstranit.
   • Strategie zmírnění dopadů:
     • DfAM pro minimalizaci podpory: Navrhování dílů se samonosnými úhly, používání koutů/výhybek, optimalizace orientace a využití optimalizace topologie může výrazně snížit potřebu podpěr.
     • Optimalizovaný design podpory: Použití podpůrných konstrukcí s nižší hustotou, specifickou geometrií (např. podpěry stromů) a snadno rozbitnými spojovacími body. Softwarové nástroje mohou automatizovat optimalizované generování podpěr.
     • Přístupný design: Zajištění vhodného přístupu pro nástroje, pokud je nutné ruční odstranění. Návrh dostatečně velkých a hladkých vnitřních kanálů pro odstraňování prášku/podpěry.
     • Obrobitelné podpěry: Navrhování podpěr v místech, kde je lze snadno odstranit pomocí CNC obrábění při následném zpracování.
     • Výběr materiálu: Některé materiály mohou vyžadovat robustnější podpěry než jiné.
4. Dosažení těsnosti:
   • Výzva: U skříní, které obsahují chladicí kanály nebo musí utěsňovat maziva, je zajištění těsnosti prvořadé. Pórovitost, mikrotrhliny nebo problémy s povrchovou úpravou těsnicích ploch mohou vést k netěsnostem.
   • Strategie zmírnění dopadů:
     • Dosažení vysoké hustoty: Optimalizace parametrů tisku a případné použití HIP k minimalizaci pórovitosti.
     • DfAM pro těsnění: Navrhování vhodných drážek pro O-kroužky nebo určování hladkých, rovných styčných ploch. Zajištění dostatečné tloušťky stěn kolem průchodů kapalin.
     • Postprocesní obrábění: Obrábění těsnicích ploch pro dosažení požadované rovinnosti a povrchové úpravy.
     • Povrchové úpravy/impregnace: V některých případech lze k utěsnění drobných zbytkových pórů použít impregnaci tmely (i když je to méně ideální než dosažení hustoty přirozenou cestou).
     • Důkladné testování těsnosti: Zavedení tlakového rozkladu nebo ponorné zkoušky těsnosti jako součásti procesu kontroly kvality.
5. Nákladová efektivita pro sériovou výrobu:
   • Výzva: Ačkoli je AM vynikající pro prototypy a složité díly, náklady na jeden díl mohou být u velmi velkých objemů vyšší než u tradičních metod, jako je odlévání, a to kvůli faktorům, jako je výkon stroje, cena prášku a nezbytné následné zpracování.
   • Strategie zmírnění dopadů:
     • Optimalizace designu: Maximalizace výhod odlehčení a konsolidace dílů, které kompenzují vyšší výrobní náklady díky lepšímu výkonu nebo nižším nákladům na montáž.
     • Vkládání a optimalizace sestavení: Tisk více dílů najednou na jedné konstrukční desce pro maximální využití stroje.
     • Automatizace: Zavedení automatizovaných řešení pro manipulaci s práškem, práškování a následné zpracování s cílem snížit náklady na pracovní sílu.
     • Zlepšení efektivity procesů: Využití rychlejších strojů, optimalizace parametrů pro rychlost (při zachování kvality) a snížení objemu nosné konstrukce.
     • Cílené použití: Zaměření AM na aplikace, kde jeho výhody (komplexnost, odlehčení, rychlost uvedení na trh) poskytují nejvyšší hodnotu a doplňují tradiční metody pro jednodušší, velkoobjemové díly.
     • Spolupráce: Úzká spolupráce se zkušenými poskytovateli služeb AM, jako je Met3dp, kteří mají optimalizované pracovní postupy a úspory z rozsahu, může pomoci efektivně řídit náklady.

Díky proaktivnímu řešení těchto problémů prostřednictvím pečlivého návrhu, řízení procesů, výběru materiálu a strategií následného zpracování mohou výrobci s jistotou využít kovový 3D tisk k výrobě vysoce výkonných, spolehlivých a stále cenově výhodnějších krytů hřídelí elektromotorů.

Výběr výrobního partnera: Hledání nejlepšího poskytovatele služeb 3D tisku kovů

Výběr správného výrobního partnera je stejně důležitý jako zdokonalení designu nebo výběr ideálního materiálu při použití aditivní výroby kovů pro náročné aplikace, jako jsou pouzdra hřídelí elektromotorů. Rozdíl mezi úspěšnou implementací AM a frustrující zkušeností často závisí na schopnostech, odborných znalostech a závazku kvality zvoleného poskytovatele služeb. Pro inženýry a manažery nákupu, kteří se orientují v nabídce dodavatelů kovové AM techniky, je při hodnocení potenciálních partnerů nutné hledět nejen na cenu a zvážit komplexní soubor faktorů.

Klíčová kritéria pro hodnocení poskytovatelů služeb AM v oblasti kovů:

1. Prokázané odborné znalosti a zkušenosti:
   • Záznamy o činnosti: Hledejte dodavatele s prokazatelnými zkušenostmi s výrobou složitých kovových dílů, ideálně v automobilovém průmyslu nebo konkrétně pro komponenty pohonných jednotek pro elektromobily. Cennými ukazateli jsou případové studie, reference a příklady minulých projektů.
   • Specializace na materiál: Ujistěte se, že mají rozsáhlé zkušenosti se zpracováním konkrétních materiálů, které hodláte použít (např. AlSi10Mg, 17-4PH). Různé slitiny vyžadují různé sady parametrů a postupy zpracování. Zeptejte se na jejich zkušenosti s podobnými aplikacemi a materiály.
   • Znalosti v oboru: Rozumí specifickým požadavkům a výzvám automobilového průmyslu, jako jsou NVH, tepelný management, odolnost a soulad s předpisy?
2. Technické možnosti a vybavení:
   • Shoda technologií: Pracují s vhodnou technologií AM (např. laserová fúze v práškovém loži – LPBF/SLM, tavení elektronovým svazkem – EBM), která nejlépe vyhovuje požadavkům vašeho pouzdra (rozlišení, materiál, vlastnosti)?
   • Machine Park: Zhodnoťte kvalitu, množství a objem výroby jejich tiskáren. Rozmanitý a moderní strojový park (jako jsou systémy nabízené společností Met3dp) naznačuje kapacitu, redundanci a přístup k nejnovějším technologiím pro přesnost a spolehlivost. Zvažte velikost konstrukční obálky pro větší skříně.
   • Portfolio materiálů & Kontrola kvality: Nabízejí certifikované materiály, které potřebujete? Kriticky zhodnoťte jejich postupy manipulace s prášky a kontroly kvality. Zda odebírají zboží od renomovaných dodavatelů, nebo, jako např Met3dp, vyrábějí vlastní vysoce kvalitní prášky pomocí pokročilých metod, jako je VIGA nebo PREP, a zajišťují tak konzistenci a sledovatelnost? Zeptejte se na postupy recyklace prášků a testování šarží.
3. Systém řízení kvality (QMS) & Certifikace:
   • certifikace: Certifikace ISO 9001 je základním požadavkem na řízení kvality. Pro sériovou výrobu automobilů je velmi žádoucí certifikace IATF 16949, která označuje dodržování přísných norem kvality v automobilovém průmyslu. Zeptejte se, jaké certifikace poskytovatel drží.
   • Postupy kontroly kvality: Pochopit jejich proces kontroly kvality v celém pracovním procesu - od vstupní kontroly prášku přes monitorování v průběhu procesu (např. monitorování taveniny), kontroly po zpracování a konečnou kontrolu (rozměrovou, NDT).
   • Sledovatelnost: Zajistěte, aby měly spolehlivé systémy pro sledovatelnost šarží materiálu a dokumentaci procesů, které jsou klíčové pro dodržování předpisů v automobilovém průmyslu.
4. Integrované možnosti následného zpracování:
   • Vlastní vs. síťové: Nabízí poskytovatel základní kroky následného zpracování (uvolnění napětí, tepelné zpracování, odstranění podpěr, CNC obrábění, povrchová úprava) přímo u sebe, nebo spravuje síť důvěryhodných partnerů? Vlastní kapacity často vedou k lepší integraci, kontrole a potenciálně kratším dodacím lhůtám.
   • Odborné znalosti v oblasti obrábění: Vzhledem k potřebě přesného obrábění kritických prvků skříní vyhodnoťte jejich možnosti CNC obrábění nebo jejich vztahy s kvalifikovanými obráběcími dílnami se zkušenostmi s díly AM.
   • Schopnosti NDT: Přístup k nedestruktivnímu testování, zejména k CT skenování pro vnitřní kontrolu, má zásadní význam pro ověření integrity složitých skříní.
5. Inženýrská a konstrukční podpora:
   • Odborné znalosti DfAM: Cenný partner by měl nabízet podporu při návrhu pro aditivní výrobu (DfAM) a pomáhat vám optimalizovat návrh skříně tak, abyste plně využili výhod AM (odlehčení, integrace prvků, snížení podpory).
   • Simulační schopnosti: Mohou provádět simulaci procesu sestavování, aby předpověděli a zmírnili potenciální problémy, jako je deformace nebo tepelné namáhání?
   • Přístup založený na spolupráci: Hledejte partnera, který je ochoten spolupracovat s vaším týmem inženýrů, poskytovat zpětnou vazbu a návrhy na zlepšení.
6. Kapacita, dodací lhůty a škálovatelnost:
   • Kapacita: Dokáží se přizpůsobit vašim požadovaným objemům, od jednotlivých prototypů až po nízké nebo střední výrobní série?
   • Transparentnost doby realizace: Poskytují realistické a spolehlivé odhady doby realizace tisku a následného zpracování? Jak informují o průběhu a případných zpožděních?
   • Škálovatelnost: Pokud předpokládáte zvýšení objemu výroby, má poskytovatel kapacitu nebo jasný plán na zvýšení objemu výroby?
7. Struktura nákladů a komunikace:
   • Transparentní ceny: Je jejich cenová nabídka jasná a podrobná a jsou v ní rozděleny náklady spojené s materiálem, tiskem, podpěrami a následným zpracováním?
   • Reakce: Jak rychle a efektivně reagují na dotazy, technické otázky a žádosti o cenové nabídky? Dobrá komunikace je zásadní v průběhu celého životního cyklu projektu.

Najít partnera, jako je Met3dp, která nejen vyvíjí a vyrábí vlastní špičkové systémy AM a vysoce kvalitní kovové prášky ale nabízí také komplexní služby vývoje aplikací, může poskytnout výraznou výhodu. Jejich integrovaný přístup, který vychází z hlubokých odborných znalostí napříč celým hodnotovým řetězcem kovového AM, zajišťuje komplexní pochopení procesu, od vlastností prášku až po finální výkonnost dílu. Jejich zaměření na poskytování řešení pro kritické díly v náročných průmyslových odvětvích, jako je letecký, lékařský a automobilový průmysl, je staví do pozice znalého a schopného partnera pro vývoj inovativních EV komponent. Pokud věnujete čas důkladnému prověření potenciálních dodavatelů podle těchto kritérií, výrazně tím zvýšíte pravděpodobnost úspěšného výsledku vašeho projektu pouzdra hřídele motoru pro elektromobily.

Pochopení nákladů a dodacích lhůt pro 3D tištěná pouzdra motorů pro elektromobily

Technické výhody kovového 3D tisku pro kryty hřídelí elektromotorů jsou přesvědčivé, ale pro plánování projektu, sestavování rozpočtu a přijímání informovaných rozhodnutí o výrobě je zásadní pochopit související náklady a typické časové harmonogramy. Náklady i doba realizace se mohou výrazně lišit v závislosti na mnoha faktorech.

Faktory ovlivňující cenu 3D tištěných pouzder:

1. Typ a objem materiálu:
   • Náklady na prášek: Různé kovové prášky mají velmi rozdílné náklady na kilogram. Slitiny hliníku jako AlSi10Mg jsou obecně cenově dostupnější než nerezové oceli jako 17-4PH, titanové slitiny nebo niklové superslitiny.
   • Část Objem: Objem pouzdra přímo ovlivňuje množství spotřebovaného prášku. Techniky DfAM, jako je optimalizace topologie a mřížkové struktury, jsou klíčem ke snížení spotřeby materiálu, a tím i nákladů.
   • Objem podpůrné struktury: Podpěry také spotřebovávají materiál a zvyšují celkovou spotřebu prášku. Minimalizace podpěr pomocí DfAM snižuje náklady.
2. AM Machine Time:
   • Doba výstavby: To je často nejvýznamnějším faktorem ovlivňujícím náklady. Závisí na:
     • Část Výška: Vyšší díly vyžadují více vrstev, což prodlužuje dobu tisku.
     • Objem/komplexnost dílu: Více materiálu k roztavení na jednu vrstvu a složité dráhy skenování prodlužují čas.
     • Počet dílů na sestavení: Vkládání více pouzder nebo jiných dílů na jednu konstrukční desku maximalizuje využití stroje a snižuje efektivní náklady na strojní čas na jeden díl.
     • Tloušťka vrstvy & amp; Parametry: Silnější vrstvy tisknou rychleji, ale snižují rozlišení a kvalitu povrchu; tenčí vrstvy zlepšují detaily, ale prodlužují čas. Optimalizované parametry vyvažují rychlost a kvalitu.
   • Odpisy strojů & Provozní náklady: Náklady na pořízení, provoz (elektřina, plyn) a údržbu drahých průmyslových systémů AM na kov jsou zahrnuty v hodinové sazbě stroje.
3. Složitost návrhu:
   • Možnost tisku: Velmi složité konstrukce se složitými prvky nebo rozsáhlými přesahy mohou vyžadovat sofistikovanější podpůrné strategie a delší dobu tisku.
   • Následné zpracování: Složité vnitřní kanály nebo funkce mohou způsobit, že odstranění prachu a podpory bude náročnější a časově náročnější.
4. Požadavky na podpůrnou strukturu:
   • Objem: Jak již bylo zmíněno, podpěry používají materiál a přidávají čas tisku.
   • Stěhovací práce: Odstranění podpěr, zejména složitých nebo vnitřních, vyžaduje ruční práci nebo vyhrazený čas na obrábění, což zvyšuje náklady.
5. Intenzita následného zpracování:
   • Tepelné zpracování: Odbourávání stresu a cykly stárnutí vyžadují čas a energii pece. Složité nebo vícenásobné cykly zvyšují náklady.
   • CNC obrábění: Rozsah obrábění potřebný pro kritické tolerance významně ovlivňuje náklady. Více prvků vyžadujících přísné tolerance znamená více nastavení a času obrábění. pětiosé obrábění je dražší než tříosé.
   • Povrchová úprava: Základní tryskání je relativně levné, zatímco rozsáhlé leštění, eloxování nebo potahování zvyšuje náklady na práci, materiál a specializované vybavení.
   • Kontrola: Základní rozměrové kontroly jsou standardem, ale rozsáhlé programování/pracovní doba CMM nebo NDT, jako je CT skenování, zvyšují značné náklady a jsou vyhrazeny pro kritické aplikace nebo kvalifikační díly.
6. Náklady na pracovní sílu:
   • Zahrnuje nastavení stroje, sledování sestavení, odstraňování prachu, odstraňování podpěr, manipulaci s díly, obrábění, dokončování, kontrolu a dokumentaci o zajištění kvality.
7. Objem objednávky:
   • Prototypy: Obvykle mají nejvyšší náklady na jeden díl kvůli nastavení, programování a nedostatečné optimalizaci pro objem.
   • Nízký až střední objem: Náklady na jeden díl se snižují, protože procesy jsou optimalizovány, konstrukční desky jsou efektivně vnořeny a může být použita určitá automatizace. Úspory z rozsahu se stávají zřetelnějšími.

Faktory ovlivňující dobu dodání:

1. Dokončení návrhu & Příprava: Čas potřebný pro revizi DfAM, simulaci sestavení, generování podpory a přípravu souboru sestavení. (Může trvat 1-5 dní).
2. Čas fronty stroje: Dostupnost vhodného stroje AM. Oblíbené stroje nebo materiály mohou být nevyřízené. (Může se pohybovat v rozmezí dnů až týdnů).
3. Doba tisku: Skutečná doba trvání procesu sestavení AM. (Obvykle 12 hodin až několik dní v závislosti na velikosti, výšce a množství dílů pro sestavení).
4. Následné zpracování: To často představuje významnou část celkové doby realizace.
   • Chlazení & amp; Odprašování: (Hodiny až 1 den).
   • Úleva od stresu: (1 den, včetně cyklu pece a chlazení).
   • Demontáž dílů & Demontáž podpěr: (Hodiny až dny, v závislosti na složitosti).
   • Tepelné zpracování (stárnutí): (1-2 dny, včetně cyklů pece a chlazení).
   • CNC obrábění: (Dny až týdny, v závislosti na složitosti, konstrukci přípravku a dostupnosti stroje).
   • Povrchová úprava & Inspekce: (Dny až týden nebo déle, v závislosti na požadavcích).
5. Doprava: Doba přepravy do vašeho zařízení.

Typické odhady doby realizace (velmi variabilní):

• Prototypy: 1 až 3 týdny jsou běžné za předpokladu rychlého vyčíslení, minimálního času ve frontě a standardního následného zpracování.
• Malosériové výrobní dávky (např. 10-100 kusů): lze očekávat 4 až 8 týdnů, což umožňuje optimalizovat rozkládání, následné zpracování dávek a plánování zdrojů, jako jsou obráběcí centra.

Závěr o nákladech & Doba realizace: Ačkoli je potenciálně rychlejší než metody založené na nástrojích pro počáteční prototypy, celková doba přípravy plně hotových kovových dílů AM ve výrobní kvalitě zahrnuje značnou dobu následného zpracování. Náklady se odvíjejí od materiálu, strojního času a náročnosti následného zpracování. Získání podrobných cenových nabídek od potenciálních dodavatelů na základě dokončených návrhů a jasně definovaných požadavků je nezbytné pro přesné sestavení rozpočtu a plánování. Klíčem k úspěšnému projektu je otevřená komunikace s partnerem v oblasti AM o faktorech ovlivňujících náklady a očekávaných dobách realizace.

ČASTO KLADENÉ OTÁZKY: Kovová 3D tištěná pouzdra motorů pro elektromobily

Zde jsou odpovědi na některé často kladené otázky týkající se použití aditivní výroby kovů pro kryty hřídelí elektromotorů:

Otázka 1: Jaké jsou hlavní výhody použití kovového 3D tisku pro kryty motorů elektromobilů ve srovnání s tradičním odléváním?

Odpověď: Kovový 3D tisk nabízí několik klíčových výhod oproti tradičnímu odlévání krytů motorů pro elektromobily: * Svoboda designu: Umožňuje vytvářet velmi složité geometrie, včetně topologicky optimalizovaných struktur a integrovaných konformních chladicích kanálů, které je obtížné nebo nemožné odlévat. * Odlehčení: Umožňuje výrazné snížení hmotnosti (často o 30-60 %) při zachování nebo zvýšení tuhosti, což je zásadní pro zvýšení dojezdu a výkonu elektromobilu. * Rapid Prototyping & Iterace: Usnadňuje mnohem rychlejší konstrukční cykly, což inženýrům umožňuje rychle testovat a zdokonalovat návrhy skříní bez čekání na nákladné a časově náročné úpravy nástrojů. * Konsolidace částí: Umožňuje integraci více komponent (např. držáků, úchytů) do jediného tištěného dílu, čímž se snižuje složitost montáže, hmotnost a potenciální poruchovost. * Vylepšený tepelný management: Integrované konformní chladicí kanály zajišťují lepší odvod tepla ve srovnání s běžnými konstrukcemi, což umožňuje vyšší hustotu výkonu motoru. * Eliminace nástrojů: Vyhnete se vysokým počátečním nákladům a dlouhým dodacím lhůtám spojeným s odléváním forem nebo zápustek, což je cenově výhodné pro prototypy, malé až střední objemy a přizpůsobené návrhy.

Otázka 2: Který materiál je obecně lepší pro kryt motoru elektromobilu: AlSi10Mg nebo nerezová ocel 17-4PH?

Odpověď: Neexistuje jediný “lepší&#8221 materiál; volba závisí výhradně na konkrétních výkonnostních prioritách a provozních podmínkách elektromotoru: * Zvolte AlSi10Mg, pokud: Hlavním cílem je minimalizace hmotnosti (díky nízké hustotě) a využití jeho dobrých vlastností tepelná vodivost pro odvod tepla. Je vhodný pro aplikace s mírnými provozními teplotami a mechanickým zatížením, kde postačuje jeho příznivý poměr pevnosti a hmotnosti (často umocněný optimalizací topologie). Je také obecně cenově výhodnější. * Nerezovou ocel 17-4PH zvolte, pokud: Vysoká pevnost, tuhost, tvrdost a odolnost jsou nejdůležitější, nebo pokud se bydlení zvýšené provozní teploty nebo vyžaduje vynikající odolnost proti korozi. Jeho vysoká pevnost umožňuje v určitých oblastech potenciálně tenčí stěny, ale jeho vysoká hustota znamená, že je třeba agresivně optimalizovat konstrukci, aby se snížila hmotnost. Jeho nižší tepelná vodivost musí být zohledněna ve strategii tepelného managementu (např. větší spoléhání na integrované kapalinové chlazení).

Otázka 3: Je kovový 3D tisk vhodný pro hromadnou výrobu krytů motorů pro elektromobily?

Odpověď: 3D tisk z kovu je stále životaschopnější pro sériová výroba, zejména v nízké až střední objemy (stovky až potenciálně tisíce dílů ročně) nebo pro aplikace, kde jeho jedinečné výhody ospravedlňují potenciálně vyšší náklady na jeden díl ve srovnání s velkosériovým litím. * Silné stránky pro výrobu: Ideální pro vysoce komplexní, optimalizované konstrukce, kde zvýšení výkonu převažuje nad příplatky za náklady; nabízí flexibilitu pro konstrukční varianty nebo zakázkové série; umožňuje vyhnout se investicím do nástrojů. * Výzvy pro hromadnou výrobu: U velmi vysokých objemů (desítky nebo stovky tisíc kusů ročně) je tradiční tlakové lití často nákladově efektivnější díky rychlejším časům cyklů po zhotovení nástrojů. Rychlost strojů AM se však zvyšuje, multilaserové systémy zvyšují produktivitu a automatizace následného zpracování se zlepšuje. * Současný stav: Často se používá pro výkonnostní varianty, výklenkové modely elektromobilů, předsériové výroby nebo specifické komponenty, u nichž jsou jeho výhody rozhodující. Pro každý konkrétní případ je nutné provést důkladnou analýzu nákladů a přínosů porovnávající optimalizované návrhy AM s tradičními metodami. Tato technologie se rychle vyvíjí a postupně se stává konkurenceschopnější pro větší objemy.

Otázka 4: Jaké normy kvality a kontroly lze očekávat u 3D tištěných automobilových komponent, jako jsou kryty motorů?

Odpověď: U automobilových komponentů, zejména těch, které se týkají hnacího ústrojí, je nezbytná přísná kontrola kvality. Měli byste očekávat nebo specifikovat následující: * Systém řízení kvality: Poskytovatel by měl pracovat v rámci certifikovaného systému řízení jakosti, ideálně IATF 16949 pro sériovou výrobu automobilů nebo minimálně ISO 9001. * Certifikace materiálu: Úplná sledovatelnost šarží prášku a certifikace ověřující chemické složení a vlastnosti podle příslušných norem (např. ASTM, ISO). * Řízení procesu & Dokumentace: Dokumentované postupy tisku, tepelného zpracování, obrábění atd. se záznamy vedenými pro zpětnou sledovatelnost. Údaje z monitorování procesu, pokud jsou k dispozici. * Rozměrová kontrola: Ověřování kritických rozměrů a tolerancí pomocí kalibrovaných zařízení, jako jsou souřadnicové měřicí stroje nebo 3D skenery, s poskytnutím zpráv. Porovnání se jmenovitým modelem CAD a specifikacemi GD&T. * Nedestruktivní zkoušení (NDT): V závislosti na kritičnosti, CT vyšetření se doporučuje ke kontrole vnitřní integrity (pórovitost, defekty, vůle kanálků) a ověření složité vnitřní geometrie. Může být rovněž vyžadována kontrola povrchu pomocí penetračního barviva nebo jiné metody. * Ověřování mechanických vlastností: Zkouška tvrdosti na finálním dílu. Zkoušky tahem provedené na vzorcích vytištěných spolu s díly, aby se ověřilo, zda se tepelným zpracováním dosáhlo požadovaných vlastností materiálu (mez kluzu, pevnost v tahu, prodloužení). * Testování těsnosti: V případě potřeby (např. u integrovaných chladicích kanálů) by se měl provést rozpad tlaku nebo jiné metody zkoušení těsnosti.

Závěr: Urychlení inovací v oblasti elektromobilů pomocí aditivní výroby kovů

Cesta k udržitelné dopravě je neoddělitelně spjata s inovacemi v oblasti technologií elektrických vozidel. Jádrem tohoto vývoje je hnací ústrojí, kde se nacházejí komponenty jako např Kryt hřídele elektromotoru hrají zásadní, i když často opomíjenou roli. Jak jsme již prozkoumali, aditivní výroba kovů zásadně mění způsob navrhování, optimalizace a výroby těchto základních komponent. Přesunem za hranice omezení tradičního odlévání a obrábění umožňuje AM výroba kovů inženýrům dosáhnout nebývalé úrovně výkonu a efektivity.

Schopnost využívat Design pro aditivní výrobu (DfAM) odemkne skutečně optimalizované struktury díky optimalizaci topologie a vyplnění mřížky, což vede k významným výsledkům odlehčení - klíčovým faktorem pro prodloužení dojezdu elektromobilů. Geometrická volnost, která je vlastní systému AM, umožňuje bezproblémovou integrace komplexních funkcí, především konformní chladicí kanály, které slibují revoluční zlepšení tepelného managementu, což umožňuje vyšší hustotu výkonu a kompaktnější konstrukci motorů. Kromě toho se zvyšuje kapacita pro konsolidace částí zjednodušuje montáž, snižuje počet možných poruchových míst a přispívá k další úspoře hmotnosti.

Zatímco volba materiálu - ať už lehkého a tepelně vodivého AlSi 10Mg nebo vysoce pevný a odolný Nerezová ocel 17-4PH - závisí na konkrétních požadavcích aplikace, kvalita kovových práškových surovin je všeobecně rozhodující. Pokročilé techniky výroby prášku zajišťují konzistenci materiálu potřebnou pro spolehlivý tisk. Dosažení požadovaného přesnost vyžaduje kombinaci přesných systémů AM a cíleného následného zpracování, zejména pak CNC obrábění pro kritická rozhraní a vhodné tepelné úpravy optimalizovat vlastnosti materiálu a zajistit rozměrovou stabilitu.

Úspěšné zavedení technologie AM pro kovy zahrnuje také rozpoznání a překonání problémů souvisejících se zbytkovým napětím, pórovitostí a odstraňováním podpěr, často prostřednictvím pečlivé kontroly procesu a strategií DfAM. Zásadní význam má výběr výrobního partnera s hlubokými odbornými znalostmi, robustními systémy kvality, komplexními schopnostmi (včetně následného zpracování) a přístupem založeným na spolupráci. Pochopení faktorů, které jsou hnací silou náklady a doba realizace umožňuje realistické plánování projektů a vyhodnocení přínosu AM ve srovnání s konvenčními metodami, zejména s tím, jak technologie dozrává směrem k většímu objemu výroby.

Závěrem lze říci, že kovový 3D tisk není pouze alternativní výrobní metodou pro kryty hřídelí elektromotorů, ale je to technologie, která urychluje inovace. Poskytuje nástroje pro vytváření lehčích, pevnějších, účinnějších a funkčně integrovaných součástí rychleji než kdykoli předtím. S tím, jak trh s elektromobily pokračuje ve svém exponenciálním růstu, bude aditivní výroba kovů nepochybně hrát stále důležitější roli při formování příští generace pohonných jednotek.

Pro společnosti, které chtějí prozkoumat potenciál AM kovů pro své komponenty pro elektromobily nebo jiné náročné aplikace, je partnerství s předním výrobcem v této oblasti nezbytné. Met3dp, se svým komplexním portfoliem pokročilých tiskáren SEBM, vysoce výkonné kovové práškya rozsáhlé zkušenosti s aplikacemi, je připraven vám pomoci využít sílu aditivní výroby. Doporučujeme vám navštivte naše webové stránky nebo nás kontaktujte a poraďte se s námi, jak mohou naše řešení podpořit cíle vaší organizace v oblasti aditivní výroby a urychlit vaši cestu k inovacím.