近年来，3D打印技术有了长足的发展，许多研究工作都集中在材料科学领域。这使得一系列机械特性与金属相似的高性能聚合物的开发成为可能——那么这对轴承设计意味着什么呢?在这里，专业塑料轴承供应商SMB轴承的董事总经理Chris Johnson探索了塑料轴承增材制造(AM)领域。
AM包含一系列技术，通过在彼此之上分层材料来创建3D对象。具体来说，在聚合物3D打印中有五种常见的工艺:立体光刻(SLA)、熔融沉积建模(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、多射流融合(MJF)和材料喷射。
这些过程中的每一个都会影响材料的微观结构，包括晶粒或晶体的大小、形状和方向。这带来了各种挑战和机遇。例如，SLA提供了光滑的表面光洁度，但部件的耐用性往往不如使用其他添加剂技术生产的部件。因此，让我们探索由3D聚合物打印工艺促进的轴承设计开发和生产机会。
小批量或中批量的设计灵活性
3D打印为轴承制造商提供了设计灵活性，可以生产具有定制元素和增强性能的轴承。3D打印过程相对简单，不需要昂贵的工具。这使得制造商和设计工程师可以试验使用传统轴承制造方法在经济上不可行的设计特征。
轴承制造商可以使用3D打印越来越多样化的材料。例如，3d打印增强聚合物可以匹配或增强传统性能，这为令人兴奋的新设计可能性打开了大门。总部位于牛津郡的轴承制造商Bowman International使用MJF技术，使用PA11尼龙生产定制的“滚轴列车”保持器。联锁结构允许2 - 4个滚轮的空间，允许负载能力增加70%，以及拥有更大的弹性，耐久性和功能性。
创新的另一个障碍是最低订单量。3D打印消除了这一障碍，使制造商能够提供具有成本效益的小批量生产服务，即使是低至10个轴承单元的订单。与昂贵的金属轴承模具相比，3d打印模具节省时间和金钱。它们还实现了更灵活的制造方法，这意味着设计工程师可以测试模具设计并轻松修改它们，而不会产生不可行的生产成本和高昂的安装费用。
虽然3D打印批量生产的轴承还不常见，但聚合物3D打印正在快速成型领域产生影响。例如，在一个利基概念车，3D打印可以用来实现快速和视觉上吸引人的原型。这将确保最小的机械元件，如轴承，与整个系统的功能一致。
轻量化设计
对于低负荷，低速应用，塑料轴承提供了出色的性能特性，并且已经比钢轴承轻五倍。这减少了它们移动所需的初始重量和能量。在航空航天、汽车或医疗技术等行业，轻量化设计可以实现更好的安全性能以及至关重要的成本节约。
利用3D聚合物打印工艺，通过使用蜂窝状结构，可以设计出更轻的组件。这将是非常困难和耗时的传统加工工艺实现。许多行业可能在历史上选择依赖于金属轻量化创新，例如舍弗勒的XZU锥形推力保持架滚针轴承，可用于轻型便携式机器人的关节臂轴承。然而，3D打印的高性能热塑性塑料，如碳纤维和聚醚醚酮(PEEK)提供了一种可行的金属替代品。
选择尼龙(PA66)或其他聚合物材料的3D打印保持架可以帮助减轻整个轴承的重量。碳纤维增强尼龙是最受欢迎的尼龙印花材料组合之一。它提供了许多与标准尼龙相同的好处，包括高强度和刚度，但它生产的部件明显更轻。与传统的钢保持架相比，3d打印的聚合物保持架还可以减少滚动元件的磨损。
2018年的可行性研究评估了商用深沟(6004)3D打印球轴承的摩擦性能。轴承采用MJP工艺制造，使用塑料材料作为结构，可熔蜡材料作为支撑。结果表明，在低负载和低速度下，3d打印球轴承的耐用寿命令人满意。
摩擦并不是3D打印争论中唯一受到质疑的性能特征。2018年6月，增材制造标准化协作组织(AMSC)发布了增材制造标准化路线图的更新版本。采用标准来降低和控制风险，以及允许更一致的质量是未来3D聚合物打印的重要步骤。这对于安全至关重要的部件，如轴承，尤其重要。
与传统制造的部件一样，3d打印的塑料轴承必须经过同样严格的测试程序，以确保它们适合用途。至关重要的是，在尝试创新的新设计和增强的材料性能时，必须仔细考虑最终的应用环境，这重申了轴承专家在行业中的重要性。
在传统制造和先进制造技术的争论中，好消息是你不需要选边站。聚合物3D打印可用于补充传统的轴承制造技术，提供快速成型和增强的性能特征，具有与金属相媲美的潜力。虽然3D打印轴承目前还不普及，但有证据表明，它们在未来可能会普及。
SMB轴承
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