Когда исследователи Nebraska Engineering начали разрабатывать новые рецепты производства компонентов подшипников железнодорожных вагонов, они ожидали, что появится несколько предложений, которые не будут столь удовлетворительными.
Однако ролики для железнодорожных конических роликоподшипников, изготовленные с использованием металлических порошков, современной лаборатории 3D-печати и процессов аддитивного производства, оказались столь же прочными, как и ролики, изготовленные с использованием традиционных в настоящее время технологий.
Джозеф Тернер, профессор машиностроения Роберта Брайтфелта, сказал, что первые в мире ролики для железнодорожных подшипников, напечатанные на 3D-принтере, превзошли все ожидания, создав отправную точку для расширения использования этого инновационного процесса, который может помочь сделать перевозки еще более безопасными. Их результаты были объединены в статью «Усталостные характеристики подшипниковых роликов, изготовленных методом лазерной порошковой сварки», которая была опубликована в журнале Bearing and Transmission Steels Technology .
«Мы приготовили много разных рецептов и напечатали множество роликов», — сказал Тернер. «Мы ожидали, что печатные ролики покажут неисправности на ранних этапах испытаний, но суть в том, что они работали так же хорошо, как и обычные валики. Теперь мы собираемся изучить другие идеи, взяв эту работу за основу».
Группу возглавляли Тернер и недавний аспирант в области машиностроения Луз Сотело. В него также входили бывший преподаватель Майкл Сили, аспиранты Коди Пратт, Гуру Мадиредди и Ракешкумар Карунакаран, а также отраслевой партнер Амстед Рейл Бренко. Проект также получил поддержку Национального научного фонда и Федерального управления железных дорог. Сотело был аспирантом NSF.
Тернер сказал, что команда ожидала, что стандартные испытания на усталость, имитирующие нагрузки (до 286 000 фунтов на вагон при пробеге более 250 000 миль), покажут, что рецептура металлического AM для печатного подшипника нуждается в доработке.
Однако, по словам Тернера, валки, напечатанные в лабораториях инженерных аддитивных технологий Инженерного колледжа штата Небраска с использованием высокоуглеродистой стали 8620HC, работали так же хорошо, как те, которые изготавливались с использованием современных стандартных процессов.
«По сути, если вы посмотрите на два типа катков рядом, вы не увидите никакой разницы во внешнем виде или их производительности», — сказал Тернер. «Часто (при изготовлении металлических изделий) у вас возникнут опасения по поводу пористости или внутренней микроструктуры металлов в первых напечатанных объектах. Наши ролики, напечатанные на 3D-принтере, выдерживают требования нагрузок и расстояний, которые ожидаются от подшипники массового производства».
Типичные подшипники железнодорожных вагонов имеют более 40 роликов размером примерно 2 дюйма на ¾ дюйма, по одному подшипнику на каждое колесо, всего около 350 роликов на вагон. По словам Тернера, стандартные подшипники изготавливаются путем разрезания длинных петель толстой стальной проволоки на необходимую длину, а затем их шлифования для создания конусов, необходимых для оптимальной работы.
По словам Тернера, использование 3D-печати для производства роликов оказалось значительно дороже, чем нынешние методы. Несмотря на этот недостаток, по его словам, использование 3D-печати может в не столь отдаленном будущем найти применение во многих отраслях, где используются подшипники такого типа.
«Вы должны выяснить, возможно ли это вообще, прежде чем приступить к выяснению того, когда это станет экономически эффективным», — сказал Тернер. «Создание производственной линии по производству подшипников — это огромная инвестиция, но, возможно, она может сработать в чрезвычайных ситуациях, например, в горнодобывающей компании в глубинке Австралии произошел сбой, который в противном случае мог бы повредить их способности перемещать свою продукцию. могут напечатать деталь на 3D-принтере и не ждать, пока что-то отправят».
Следующие шаги, по словам Тернера, могут также включать рассмотрение возможных других способов сделать 3D-печать более экономически целесообразной в производственном процессе, например, использование более дорогих стальных порошков для создания покрытия на компонентах подшипников, изготовленных из менее дорогих металлов, для создания в целом более дешевый и прочный подшипник с лучшими свойствами.
«Одна из вещей, в которых мы в лаборатории NEAT стали довольно опытными, — это разработка новых рецептов сплавов», — сказал Тернер. «Поскольку цены на наши ингредиенты и оборудование продолжают падать, мы сможем попробовать внедрить некоторые новые вещи, которые могут понравиться многим областям и отраслям».
