GKN Sinter Metals推出新型3D打印齒輪鋼20MnCr5

鋼材，特別是不銹鋼和工具鋼，是工具和生物醫學等行業中可靠且常用的材料。然而，用于增材制造的鋼材還是不常見的。它存在，但它不如其他金屬材料那么常見。這對于增材制造行業來說，是一大不幸，因為鋼具有許多高度有用的特性，例如高強度和耐腐蝕性。幸運的是，一種新型鋼材最近進入了增材制造市場，然而是以GKN Sinter Metals的20MnCr5形式出現。

20MnCr5堅固且堅韌，并易于加工，具有很高的抗疲勞性和耐磨性。Porsche Engineering最近將這種材料用于其電子驅動動力傳動系統的3D打印部件，即傳統的前部橫向傳動裝置。為了獲得最佳效益，選擇了具有最大減重潛力的部件-帶齒圈的差速器殼體。

齒圈和差速器殼體在常規變速器中具有不同的功能。齒圈由特殊鋼制成，然后經過硬化和精密研磨。通常用鑄造制成的差速器殼體用于從環形齒輪到中心螺栓和錐齒輪的扭矩傳遞。寬齒圈的齒由薄的、有時偏離中心的圓盤支撐，該圓盤連接到差速器殼體。GKN和Porsche使用CAD軟件和拓撲優化結構來設計基于力的新形狀。然后定義變速器內的最大可用空間。任何功能（如錐齒輪、側軸和軸承）所需的所有內部輪廓均從車身中減去。

根據變速器的規格和要求，包括軸承和齒輪在內的所有負載都被應用于封裝塊。CAD優化工具創建了一個能夠承擔所有所需負載的結構。由此產生的結構不能通過增材制造以外的任何其他手段來制造。

內部形狀僅由系統的有機梁和其結構完整性所需的結構支撐。這些形狀不能用傳統方法加工。該結構還需要諸如孔的特殊特征，以在制造之后噴出未使用的金屬粉末，并且外徑上的開口使得收集的油可以從差速器的內部區域排出。這些功能都可以在CAD模型中進行規劃。

最終的有限元分析顯示了均勻的應力水平和允許的壁厚減少，由于機器限制，使用其他制造方法是不可能實現的。根據原始負載要求，該團隊能夠減少13％的重量，或約1公斤。他們在徑向上的齒剛度減少了43％，在切線方向上的齒剛度減少了69％，慣性減小了8％。

無論是減輕重量，創建更高效的內燃機，還是改進傳動系統，汽車制造商都在不斷尋找提高車輛效率的方法。越來越多的制造商正在轉向增材制造，以制造原型甚至制造零件，其中許多零件的幾何形狀無法通過傳統制造工藝來實現。再加上新型3D打印材料，比如GKN的20MnCr5，制造商能夠制造復雜、輕質的部件，以承受高磨損。

GKN一直在探索汽車增材制造的好處，而這個最近的應用強調了3D打印的幾個關鍵功能。

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