L’acciaio, in particolare l’acciaio inossidabile e l’acciaio per utensili, è un materiale affidabile e comunemente utilizzato nelle industrie . Ciò che è ancora relativamente raro, tuttavia, è l’acciaio per la produzione additiva. Esiste, non è così comune come altri materiali metallici – il che è un peccato perché l’acciaio ha un numero di proprietà molto utili, come l’alta resistenza e la resistenza alla corrosione. Un nuovo materiale in acciaio si è unito recentemente al mercato della produzione additiva, sotto for
0MnCr5 di GKN Sinter Metals .
20MnCr5 è robusto ma duttile, robusto ma lavorabile e vanta un’elevata resistenza a fatica e all’usura. Porsche Engineering ha recentemente utilizzato il materiale per i componenti di stampa 3D per i suoi propulsori e-drive, ovvero una trasmissione trasversale anteriore convenzionale. Per un beneficio ottimale, è stata scelta la parte con il maggiore potenziale di riduzione del peso, l’alloggiamento differenziale con una corona dentata.
La corona dentata e l’alloggiamento differenziale svolgono diverse funzioni in una trasmissione convenzionale. La corona dentata è realizzata in acciaio specifico, che viene quindi indurito e rettificato per precisione. L’alloggiamento del differenziale è solitamente fuso e utilizzato per il trasferimento di coppia dalla corona dentata al bullone centrale e agli ingranaggi conici. I denti dell’ingranaggio largo sono sostenuti da un disco sottile, a volte fuori centro, che è collegato all’alloggiamento del differenziale. GKN e Porsche hanno utilizzato il software CAD e l’ottimizzazione strutturale della topologia per progettare una nuova forma basata sulle forze. È stato quindi definito lo spazio massimo disponibile all’interno della trasmissione. Tutti i contorni interni necessari per qualsiasi funzione, come ingranaggi conici, alberi laterali e cuscinetti sono stati sottratti dal corpo.
In base alle specifiche e ai requisiti della trasmissione, tutti i carichi, inclusi cuscinetti e ingranaggi, sono stati applicati al blocco del pacchetto. Lo strumento di ottimizzazione CAD ha creato una struttura in grado di prendere tutti i carichi richiesti. La struttura risultante non può essere prodotta con altri mezzi rispetto alla produzione additiva.
La forma interna è supportata solo da un sistema di travi e strutture organiche necessarie per la sua integrità strutturale. Queste forme non possono essere lavorate con metodi convenzionali. La struttura richiede anche caratteristiche speciali come i fori per espellere la polvere metallica non utilizzata dopo la produzione e le aperture sul diametro esterno in modo che l’olio raccolto possa defluire nell’area interna del differenziale. Queste caratteristiche possono essere pianificate nel modello CAD.
a) Differenziale convenzionale della trasmissione trasversale anteriore, b) modello di pacchetto del differenziale
L’analisi finale degli elementi finiti ha mostrato un livello di stress omogeneo e ha permesso di ridurre lo spessore delle pareti, cosa che non è possibile con altri metodi di produzione a causa dei limiti della macchina. In base ai requisiti di carico originali, il team è stato in grado di ridurre il peso del 13%, ovvero circa un chilogrammo; hanno inoltre ottenuto una riduzione del 43% delle variazioni di rigidità del dente in direzione radiale, una riduzione del 69% delle variazioni di rigidità del dente in direzione tangenziale e una riduzione dell’inerzia dell’8%.
I produttori di automobili sono costantemente alla ricerca di modi per migliorare l’efficienza dei veicoli, che si tratti di ridurre il peso, creare motori a combustione interna più efficienti o migliorare i propulsori. Un numero sempre maggiore di questi produttori si rivolge alla produzione additiva per prototipare e persino a produrre parti, molte delle quali con geometrie impossibili da ottenere con la produzione tradizionale. Aggiungilo ai materiali offerti dalla produzione additiva, come il 20MnCr5 di GKN, ei produttori sono in grado di creare parti complesse e leggere che resistono all’usura.