A villanymotorok fontos elemét készíthetik 3D nyomtatással

Hagyományosan az elektronikai hideglemezek két összeforrasztott komponensből állnak, de 2022-ben az Enable Manufacturing vállalat készített két, additív módon gyártott prototípust, amelyek 2024 első negyedévében kerülhetnek a piacra. A Continental Engineering Services által tervezett additív fémöntési folyamatot választotta az Enable Manufacturing a komponens megalkotásához, nem hagyományos technikát, és még csak nem is közvetlen fémlézeres szinterezést (DMLS). Ugyan az alkatrész mindkét módszerrel létrehozható, az additív fémöntés kecsegtet a legjobb eredményekkel a minőséget és a költségeket tekintve.

Az additív öntés lehetővé teszi azt is, hogy a partnerek egy organikus artériamintát készíthessenek az alkatrész felületére. Az Enable Manufacturing sales igazgatója, Phil Kilburn szerint ezt az alkatrészt már a kezdetektől úgy tervezték, hogy additív módon fog elkészülni, de szerinte az ügyfél minőségbeli problémákkal küzdött, és nem tudta jóváhagyatni az alkatrészt.

A megoldás

Az elektronikai hideglemez fejlesztése és gyártása egy hagyományos OEM + Tier 1 + Tier 2 beszállítói lánc keretében valósult meg. Az OEM és beszállítói felismerték az additív gyártás lehetséges előnyeit. Először is ott volt annak a lehetősége, hogy a két komponenst egyként gyártsák le, de lehetőség volt szoftveres tervezés után szabadalmaztatás alatt álló artériamintákat is kialakítani a hideglemezen, melynek köszönhetően optimálisabbak az áramlások és vékonyabb lehet az alkatrész fala. Furatokban keringő hűtőközeggel és vízhűtő köpennyel is dolgozik az alkatrész terve, hogy segítse az elektronika termikus leválasztását a villanymotorról és az egyenletes hőfok megtartását. Kilburn hozzátette, mivel az elektromos autók túl nehezek, mindenki csökkenteni akarja a tömegüket. Minden, normál öntéssel készülő alumínium-alkatrésznek négy milliméteres falvastagsággal kell rendelkeznie, az additívan készülő hideglemez esetén ez két milliméter alatti.

Binder jetting 3D nyomtatási módszert alkalmazva 140 mikrométeres részecskemérettel komplex öntőformákat készítettek furánalapú, szilíciumot tartalmazó anyagból. Ez a szemcseméret egyrészt a megfelelő részletességért, másrészt a megfelelően porózus textúra eléréséért volt fontos, hogy a folyamat során a keletkező gázok ki tudjanak párologni. Az öntés során LM25-TF típusú alumíniumot használtak, amely egy bevett anyag az autóiparban. A DMLS technológiához képest ezzel a módszerrel készült alkatrészek egy darabból állnak, 25 százalékkal könnyebbek (főleg az artériaminták miatt), 50 százalékkal olcsóbbak, valamint hét kilogrammal kevesebb szén-dioxidot kell kibocsátani előállításuk során.

Komoly ipari és környezeti hatás

Az együttműködő felek kilenc hónapig dolgoztak ezen az additív fémöntési folyamaton, mire jóváhagyást kaptak a sorozatgyártásra, végül 750 darabra érkezett megrendelés. Az Enable Manufacturing és a Continental Engineering Services úgy látja, ez a projekt megmutatta, az additív fémöntés több, kihívásokkal teli iparágban is megállná a helyét, főleg úgy, ha a komponenst speciálisan ehhez a folyamathoz tervezik. Az alkatrészenként hét kilogramm megtakarított szén-dioxidon túl az erezetnek köszönhetően 15 százalék a tömegcsökkenés.

Az additív gyártási technológia használata lehetővé tette a vállalatok számára, hogy a korábban két, összehegesztett darabból álló alkatrészek innentől egy darabból készülhessenek, ami például a szivárgást küszöböli ki, ráadásul így kevesebb selejt is termelődik. Az Enable szabadalomra váró felülettechnológiájára felfigyelt az űr- és a kreatív ipar is, közben a Continental Engineering Services két új felhasználásban is kísérletezik az additív fémöntéssel és az artériamintával.

Kilburn szerint az additív fémöntés segíteni fog az ellátási láncok nehézségein, valamint komplexebb és nagyobb teljesítményű alkatrészek gyártása érhető majd el vele. A közvetlen fémnyomtatás, vagyis a DMLS szerinte jó dolog, ha például Forma-1-es autót készítünk, vagy olyan repülőgépeket, ahol kicsi a darabszám, de a teljesítmény kritikus kérdés. Amikor azonban 10 vagy 100 ezer autó gyártása a cél, Kilburn az additív fémöntésre szavaz. A vállalat egy villanymotorházon demonstrálta, hogy a jövedelmezőségi küszöbe a technológiának évi 130 ezer legyártott darabnál van – írta meg a TCT Magazine.