Amorphology与AddiTec合作，开发DED多金属3D打印齿轮部件

2022年5月1日，南极熊获悉，Amorphology和AddiTec基于定向能量沉积(DED)技术，合作开发多金属双线DED技术，把两种不同的钢打印成一个部件，未来可实现功能分级的齿轮组件。

Amorphology是NASA孵化的公司，技术源于喷气推进实验室(JPL)和加州理工学院的合作；Additive是一家增材制造公司，率先开发先进的多金属3D打印系统。

△Amorphology和AddiTec正在使用3D打印技术共同开发机器人的多金属齿轮部件。 图片来自AddiTec

为什么采用多种合金

薄壁柔性花键对齿的耐磨性和抗疲劳同样具有较高的要求，这就需求在3D打印过程中使用两种不同的合金材料。齿区域通常用于高强度应用，平均硬度为35 Rc，所以使用的是沉淀硬化马氏体不锈钢。

相比之下，齿形区域以下的钢，需求高韧性和较低的平均硬度。所以，通过将两种不同特性的钢，战略性地组合在一个齿轮中，可以调整机械性能，合理利用每种合金的优势。

强强合作
Amorphology正在围绕多金属3D打印开发新技术，特别是功能分级金属，将重点开发在3D打印过程中可使用多种金属材料，生产无裂纹的多功能部件。

该项目的核心技术是在十多年前，由喷气推进实验室研发多金属过渡工艺，实现打印部件可预测机械或物理性能。

技术原理
与传统的包层或覆盖层不同，功能分级的目的是在3D打印部件中，将不同金属或复合材料的性能充分发挥出来，这有助于防止由热错配或疲劳裂纹引起的失效。在3D打印过程中，通过允许不同金属混合或在过渡阶段添加一个或多个中间成分，在界面上扩散，可以实现对不同金属之间界面的定制。

△不同金属增材制造工艺的分辨率与零件尺寸。图片来自DigitalAlloys

能量沉积（DED）


目前合作开发基本技术是直接能量沉积（DED），通过用高韧性钢打印齿轮的底部，然后在齿开始的垂直位置迅速过渡到高硬度钢。这些材料也可以通过在DED打印机的喷嘴中混合两种材料的粉末来进行转换。

格伦·加勒特博士说：“多种材料的功能分级，使我们能够开发出传统冶金技术无法制造的机器人齿轮组件。通过合金成分定制齿轮特性的能力，为我们在开发精密机构时提供了灵活的设计性。”“无论是提高轮齿的耐磨性，同时保持零件其余部分的韧性，还是将高价值钢与低成本钢结合使用以节省成本，多材料增材制造技术使我们能够创新机器人齿轮的制造方式。”可以根据可加工性、成本、硬度、强度、耐腐蚀性，甚至密度来定制性能。对于大型齿轮，可以节省加工成本，这是其中一个重要的优势。

△它们的合金3D打印技术可制作小到微米的齿轮、适应于多种环境下使用。图片来自Amorphology

AddiTec业务发展经理Yash Bandari博士说：“它们采用双线DED技术，提供了在金属部件制造过程中，自动从一种材料转换为另一种材料的能力，可根据需要提供不同的性能和功能。”

Amorphology正在积极开发功能分级金属在推进器、火箭、机器人和齿轮等应用中的其他应用，并正在寻求合作伙伴进行进一步的开发和应用。