Druk 3D na wyścigach z SSAB AM

Wytwarzanie addytywne (ang. AM – Additive Manufacturing) jest coraz częściej wdrażane w przemyśle inżynieryjnym, gdzie tradycyjne metody produkcji są zastępowane właśnie przez tego typu technologie. Często jest to uwarunkowane ekonomicznym progiem rentowności, czyli odpowiedzią na pytanie, czy korzystniejsze będzie zastosowanie tradycyjnej linii produkcyjnej, czy wytwarzanie części metodą AM. Ale to nie wszystko. Rolę odgrywają także inne aspekty, takie jak swoboda projektowania i możliwość budowania lżejszych i mocniejszych komponentów.

Samochody wyścigowe produkowane są w tak niewielkich liczbach, że nie opłaca się uruchamiać dla nich całej linii produkcyjnej. Dlatego konieczne jest opracowywanie zaawansowanych technologii produkcji lżejszych i mocniejszych komponentów w ramach ustalonego budżetu. Studenci programu Chalmers Formula Student doszli do tego samego wniosku, dlatego coraz więcej elementów swoich samochodów wyścigowych budują w technologii wytwarzania addytywnego (AM). 

Wspornik amortyzatora wydrukowany w technologii 3D z materiału SSAB AM TS2

Wspornik amortyzatora wydrukowany w technologii 3D z materiału SSAB AM TS2

Komponenty w całości drukowane w technologii 3D z materiału SSAB AM TS2

Komponenty w całości drukowane w technologii 3D z materiału SSAB AM TS2

SSAB od dawna wspiera program Chalmers Formula Student, dostarczając materiały niezbędne do produkcji komponentów o wysokiej wytrzymałości do samochodów wyścigowych. W przeszłości były to na przykład materiały na ramę rurową za kierowcą, która w razie wywrotki chroni kierowcę przed przytrzaśnięciem przez samochód, oraz tarcze hamulcowe wykonane ze stali SSAB Hardox. Gdy studenci z zespołu dowiedzieli się, że firma SSAB rozpoczęła również produkcję proszku stalowego do drukowania elementów o wysokiej wytrzymałości w technologii 3D, zwrócili się do działu technologii proszków SSAB z pytaniem, czy mogą pomóc im w produkcji elementów konstrukcyjnych samochodu. Odpowiedź brzmiała oczywiście: tak!

Elementy, o które prosili studenci, były trudne do wyprodukowania lub nie spełniały wymagań wytrzymałościowych stawianych komponentom. Obejmowało to wsporniki amortyzatorów, wcześniej wykonywane z aluminium, oraz stabilizatory poprzeczne, wcześniej frezowane i toczone ze stali. Studenci Chalmers wykorzystali program optymalizacji topologicznej do udoskonalenia produkcji amortyzatorów metodą AM. Jednak stabilizatorów poprzecznych nie udało się zoptymalizować topologicznie ze względu na ograniczenia fizyczne. Następnie komponenty zostały wydrukowane w technologii 3D w Centrum Wytwarzania Addytywnego (AMC) firmy SSAB w Oxelösund, przy użyciu metody laserowego spiekania łoża proszkowego (ang. L-PBF – Laser Powder Bed Fusion). Studenci wybrali do drukowania materiał SSAB AM TS2 ze względu na jego dobre właściwości wytrzymałościowe.

Dane mechaniczne SSAB AM TS2 w „stanie druku”:

Twardość 
450 HV
Granica plastyczności 1210 MPa
Wytrzymałość na rozciąganie   1370 MPa
Wydłużenie A5  13% 
Udarność  70 J
Chalmers Race Bay: dostawa drukowanych komponentów

Chalmers Race Bay: dostawa drukowanych komponentów

Zoptymalizowany topologicznie wspornik amortyzatora z materiału SSAB AM TS2

Zoptymalizowany topologicznie wspornik amortyzatora z materiału SSAB AM TS2

Efekt uzyskany przy użyciu komponentów drukowanych był imponujący. Studenci stwierdzili, że mimo iż amortyzatory miały 2,5-krotny margines bezpieczeństwa, udało im się zmniejszyć masę o 32% na element w porównaniu do stosowanej wcześniej frezowanej części aluminiowej. Mając to na uwadze, przy użyciu odpowiedniego materiału oraz tej metody produkcji można konkurować z aluminium zarówno pod względem wytrzymałości, jak i masy. Jak wspomniano wcześniej, stabilizatorów poprzecznych nie udało się zoptymalizować topologicznie ze względu na ograniczenia fizyczne. Jednak ze względu na trudności w wykonaniu tych elementów, udało nam się zaoszczędzić początkującym inżynierom kilka dni trudnej obróbki skrawaniem, a dzięki właściwościom mechanicznym materiału SSAB AM TS2 studenci mogli zwiększyć sztywność zawieszenia koła.

Przed kolejnym sezonem wyścigowym wesprzemy zespół jeszcze większą liczbą komponentów drukowanych w technologii 3D z wysokowytrzymałego proszku stalowego z zakładu SSAB Oxelösund. Jest to dla nas okazja, aby zaangażować się w pracę zespołu i przyczynić się do jego rozwoju, a zarazem udowodnić, że AM to niezawodna i wydajna metoda produkcji.

Produkt z proszku stalowego SSAB AM jest lżejszy niż stary element z aluminium

Firma SSAB wybrała się na wyścigi z Chalmers Formula Student! Samochód wyścigowy, który został opracowany i zaprezentowany na torach wyścigowych w Europie Środkowej, został zbudowany z wykorzystaniem proszku stalowego SSAB AM. Wyścigi wymagają uzyskania równowagi między niską masą a wytrzymałością komponentów, a właśnie w tym obszarze najlepiej sprawdza się wytwarzanie addytywne (AM).

Co zrobić, gdy aluminium jest za ciężkie? Wybrać TS2 (materiał w trakcie prac rozwojowych). Wydrukowane w technologii 3D elementy zawieszenia, wykonane w zakładzie SSAB AMC w Oxelösund, okazały się o 32% lżejsze i znacznie mocniejsze od oryginalnych elementów wykonanych z aluminium. 

Przed kolejnym sezonem wyścigowym wesprzemy zespół jeszcze większą liczbą komponentów drukowanych w technologii 3D z wysokowytrzymałego proszku stalowego z zakładu SSAB AMC w Oxelösund. Chcemy zaangażować się w pracę zespołu i przyczynić się do jego rozwoju, a zarazem udowodnić, że AM to niezawodna i wydajna metoda produkcji.

Powiązane dokumenty