Badania i rozwój w firmie Timken: Postęp w dziedzinie wytwarzania przyrostowego

Wytwarzanie przyrostowe, powszechnie nazywane drukowaniem 3D, zostało pierwotnie opracowane w celu przyspieszenia prototypowania. Obecnie jest to opłacalny proces produkcyjny, który napędza innowacje w każdej dużej branży. Komponenty lotnicze wykonane metodą wytwarzania przyrostowego umożliwiają tworzenie lżejszych, wydajniejszych i bardziej zrównoważonych samolotów. W medycynie drukowanie 3D pozwala budować spersonalizowane protezy stawu kolanowego dla lepszych wyników pacjentów.

Inżynierowie działu badawczo-rozwojowego firmy Timken opracowują obecnie procesy wytwarzania przyrostowego, które mogą pomóc klientom sprostać zmieniającym się potrzebom technicznym i biznesowym. Celem jest poprawa wydajności produkcji i skrócenie łańcucha dostaw przy jednoczesnym osiągnięciu pożądanej jakości produktu.

– Wytwarzanie przyrostowe oferuje większą swobodę projektowania, łatwiejszą ścieżkę do obniżenia wagi i bardziej wydajny cykl produkcyjny – powiedział Mangesh Pantawane, główny inżynier materiałowy, którego praca przekształca badania teoretyczne w rzeczywiste rozwiązania dla klientów. – To wciąż jest bardzo nowe. Jest dużo miejsca na innowacje.

Sankalp Kota i Mangesh Pantawane są specjalistami nowej generacji w rozwiązywaniu problemów, rozwijającymi prace badawczo-rozwojowe firmy Timken w dziedzinie materiałoznawstwa, metalurgii i wytwarzania przyrostowego. Poznaj więcej członków zespołu Timken, którzy dokonują innowacji, od badań metalurgicznych w celu poprawy wydajności produktu i zdolności produkcyjnej po prowadzenie przełomowych badań neutronowych, które informują całą społeczność naukową.

Procesy nowej generacji dla rozwiązań następnego poziomu

W tradycyjnych zakładach produkcyjnych, procesy takie jak szlifowanie usuwają warstwy materiałów z przedmiotu obrabianego, aby stworzyć produkt końcowy. Wytwarzanie przyrostowe działa odwrotnie — drukarka 3D stopniowo buduje warstwy materiału, aby stworzyć produkt.

Podczas gdy firma od kilku lat inwestuje w budowanie podstawowej wiedzy na temat wytwarzania przyrostowego, zespół ekspertów ds. badań i rozwoju w firmie Timken bada obecnie, w jaki sposób różne techniki wytwarzania przyrostowego mogą poszerzyć wybór materiałów i procesów dla szerokiej gamy łożysk inżynieryjnych i rozwiązań ruchu przemysłowego, które mogą osiągnąć pożądany projekt przy konkurencyjnych kosztach.

Chociaż istnieje kilka technik wytwarzania przyrostowego, wysiłki zespołu koncentrują się na dwóch. Pierwsza z nich, laserowe stapianie w złożu proszkowym (L-PBF), wykorzystuje laser do stapiania proszku metalicznego w warstwy, aby utworzyć trójwymiarowe części. Druga technika to bezpośrednia depozycja energii (DED), która osadza stopiony metal, umożliwiając szybsze budowanie.

Firma Timken wykorzystała obie techniki do produkcji komponentów łożyskowych drukowanych w 3D, które są obecnie testowane. Wyniki dadzą cenny pogląd na wpływ elementów drukowanych 3D na wydajność łożyska.

– Do tej pory nasze badania zidentyfikowały realną alternatywną klasę stali, która umożliwia drukowanie 3D komponentów – kontynuował Pantawane. – Zapewniają one ten sam zestaw właściwości mechanicznych i znacznie poprawiają efektywność łańcucha dostaw.

Nowa granica w projektowaniu produktów

Sankalp Kota, specjalista ds. materiałów, uważa, że rozwiązywanie problemów klientów leży u podstaw inwestycji Timken w badania nad wytwarzaniem przyrostowym. Główną siłą napędową prac jest opracowywanie procesów, które przyspieszają trendy w zakresie lekkości i zrównoważonego rozwoju w transporcie, wyrobach medycznych, sprzęcie przemysłowym i produktach konsumenckich.

Na przykład komponenty lotnicze produkowane tradycyjnymi metodami są w większości wykonane z gęstych konstrukcji metalowych. Gęstość jest wynikiem ograniczeń procesu produkcyjnego w sposobie usuwania materiału, a nie tego, że jest on wymagany do przenoszenia ładunków.

Drukowanie 3D pozwala projektantom produktów rozpocząć pracę z myślą o wytwarzaniu przyrostowym. Mogą oni ponownie rozważyć wewnętrzną strukturę komponentu w oparciu o potrzeby aplikacji, a nie ograniczenia produkcyjne. Korzystając z algorytmów komputerowych, inżynierowie mogą określić, ile metalu należy dodać i w jakiej konstrukcji, aby zapewnić wydajność produktu.

– Teraz właśnie wyciąłeś znaczną część wagi oryginalnego komponentu – powiedział Kota. –W lotnictwie każdy zaoszczędzony gram stanowi ogromną redukcję kosztów eksploatacji samolotu. Ponadto jest zbudowany przy użyciu znacznie mniejszej ilości materiałów w celu zapewnienia zrównoważonego rozwoju.

Łączenie klientów z rozwiązaniami w samą porę

Wytwarzanie przyrostowe może również ułatwić klientom nabywanie bardzo kluczowych – ale niskonakładowych – rozwiązań z szerszego portfolio firmy Timken. Wiele prac zespołu badawczo-rozwojowego dotyczyło możliwości zastosowania druku 3D do podstawowych rozwiązań ruchu przemysłowego, takich jak śruby kulowe, końcówki prętów i łańcuch przemysłowy.

– Niektórzy klienci mogą zamówić produkt raz na kwartał lub raz w roku, ale nadal ma to kluczowe znaczenie dla ich działalności – powiedział Kota. – Druk 3D pozwala dostawcom na znacznie szybszą produkcję dokładnie takiej liczby komponentów, jaka jest potrzebna, bez konieczności tworzenia zapasów czy stosowania narzędzi.

Dziś Kota i Pantawane kontynuują współpracę z innymi obszarami badań i rozwoju, produkcji i łańcucha dostaw Timken, aby rozwijać całkowicie nowe metody drukowania 3D unikalne dla produkcji łożysk. Grupa bada możliwości przełożenia tradycyjnych procesów obróbki cieplnej na środowisko wytwarzania przyrostowego.

– Pracujemy nad rozwojem ekskluzywnej własności intelektualnej Timken – powiedział Kota. – Zapewni to przewagę konkurencyjną naszym klientom.

Zorientowane na klienta innowacje firmy Timken są oparte na inicjatywach realizowanych w naszych światowej klasy laboratoriach badawczo-rozwojowych firmy Timken. Dowiedz się więcej o inwestycjach firmy w kompleksowe badania techniczne, od modelowania i przewidywania wydajności produktów po prototypowanie nowych rozwiązań w zakresie łożysk.

Published: 2025/06/17