Quando i ricercatori della Nebraska Engineering iniziarono a ideare nuove ricette per la produzione di componenti per i cuscinetti dei vagoni ferroviari, si aspettavano che alcune offerte sarebbero state meno soddisfacenti.
Joe Turner tiene in mano un cuscinetto di un vagone ferroviario stampato in 3D. Viene fotografato attraverso un cuscinetto e un alloggiamento reali che si adattano all’estremità di ciascun asse di un vagone ferroviario. Credito immagine: Craig Chandler | Comunicazione e Marketing dell’UNL
Tuttavia, i rulli per un cuscinetto a rulli conici ferroviari prodotti utilizzando polveri metalliche, un laboratorio di stampa 3D all’avanguardia e processi di produzione additiva si sono rivelati robusti quanto i rulli realizzati utilizzando le tecniche attualmente convenzionali.
Joseph Turner, professore di ingegneria meccanica Robert W. Brightfelt, ha affermato che i primi rulli stampati in 3D per cuscinetti ferroviari hanno superato le aspettative, creando un punto di partenza per espandere l’uso di questo processo innovativo che potrebbe aiutare a rendere i trasporti ancora più sicuri. I loro risultati sono stati raccolti in un documento – “Prestazioni a fatica dei rulli dei cuscinetti prodotti mediante fusione laser a letto di polvere” – pubblicato nella pubblicazione tecnica speciale ASTM sulla tecnologia degli acciai per cuscinetti e trasmissioni.
“Abbiamo preparato molte ricette diverse e abbiamo stampato molti rulli”, ha detto Turner. “Ci aspettavamo che i rulli stampati mostrassero cedimenti nelle prime fasi dei test, ma il punto è che hanno funzionato altrettanto bene dei rulli convenzionali. Ora esploreremo altre idee utilizzando questo lavoro come base”.
Turner e la neolaureata in ingegneria meccanica Luz Sotelo hanno guidato il team. Comprendeva anche l’ex membro della facoltà Michael Sealy, gli studenti laureati Cody Pratt, Guru Madireddy e Rakeshkumar Karunakaran e il partner industriale Amsted Rail Brenco. Il progetto ha ricevuto anche il sostegno della National Science Foundation e della Federal Railroad Administration. Sotelo era un laureato della NSF.
Turner ha affermato che il team si aspettava test di fatica standard che simulassero i carichi – fino a 286.000 libbre per vagone ferroviario su 250.000 miglia percorse – per dimostrare che la ricetta AM in metallo per un cuscinetto stampato necessitava di modifiche.
Tuttavia, ha affermato Turner, i rulli stampati nei Nebraska Engineering Additive Technology Labs del College of Engineering utilizzando 8620HC (acciaio ad alto tenore di carbonio) hanno funzionato allo stesso modo di quelli fabbricati utilizzando gli attuali processi standard.
Un cuscinetto blu dell’asse di un vagone ferroviario Brenco è mostrato su un vagone ferroviario. Ogni vagone ferroviario ha più di 350 cuscinetti per sostenere il carico e far girare le ruote. Questo vagone ferroviario è stato fotografato nello scalo ferroviario di Omaha, Lincoln e Beatirce con il permesso della ferrovia. Credito immagine: Craig Chandler | Comunicazione e Marketing dell’UNL
“Fondamentalmente, quando si osservano i due tipi di rulli fianco a fianco, non si nota alcuna differenza nell’aspetto o nelle prestazioni”, ha affermato Turner. “Molte volte (nella produzione additiva dei metalli), avrai dubbi sulla porosità dei metalli o sulla microstruttura interna nei primi oggetti stampati. I nostri rulli stampati in 3D hanno resistito alle esigenze di carico e distanza previste dai cuscinetti prodotti in serie”.
I cuscinetti tipici dei vagoni ferroviari hanno più di 40 rulli, che misurano circa 2 pollici per ¾ di pollice, un cuscinetto per ciascuna ruota e un totale di circa 350 per vagone ferroviario. I cuscinetti di uso standard, ha affermato Turner, sono fabbricati tagliando lunghi anelli di filo di acciaio spesso nelle lunghezze richieste e quindi levigandoli per creare le rastremazioni necessarie per prestazioni ottimali.
Turner ha affermato che la stampa 3D per produrre i rulli si è rivelata significativamente più costosa rispetto ai metodi attuali. Nonostante questo inconveniente, ha affermato, la stampa 3D potrebbe presto trovare posto in molti settori che utilizzano questi tipi di cuscinetti.
“Bisogna esplorare se sia possibile prima di iniziare a capire quando è conveniente”, ha detto Turner. “Creare una linea di produzione per la produzione dei cuscinetti è un investimento enorme, ma forse può funzionare in situazioni di emergenza, come una compagnia mineraria nell’entroterra australiano che ha un guasto che potrebbe altrimenti compromettere la sua capacità di spostare il suo prodotto. Se possono stampare una parte in 3D e non aspettare che venga loro spedito qualcosa.
I prossimi passi, ha affermato Turner, potrebbero includere anche la ricerca di altri possibili modi per rendere la stampa 3D più sensata dal punto di vista finanziario nel processo di produzione, come l’utilizzo di polveri di acciaio più costose per creare un rivestimento sui componenti dei cuscinetti realizzati con metalli meno costosi, per creare un cuscinetto nel complesso più economico e più robusto con proprietà migliori.
“Una delle cose in cui noi del NEAT Lab siamo diventati piuttosto esperti è lo sviluppo di queste nuove ricette per le leghe”, ha affermato Turner. “Poiché i prezzi dei nostri ingredienti e delle nostre attrezzature continuano a scendere, saremo in grado di provare a lanciare alcune nuove cose che potrebbero attrarre molti campi e industrie”.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
