US-Forschende 3D-drucken Eisenbahn-Rollenlagern

Forschende der University of Nebraska haben eine Methode entwickelt, um Sicherheit und Haltbarkeit von Rollenlagern in Eisenbahnwagen zu verbessern. Durch den Einsatz von Metallpulvern und additiver Fertigung in einem hochmodernen 3D-Drucklabor erzielten sie Ergebnisse, die mit traditionellen Methoden vergleichbar sind.

Das Forschungsteam, geleitet von Joseph Turner, Robert W. Brightfelt Professor für Maschinenbau, hat die Lagerrollen mittels Laser-Pulverbettschmelzen, einem Verfahren des 3D-Drucks, gefertigt.

“Wir haben viele verschiedene Rezepte ausgearbeitet und viele Walzen gedruckt”, so Turner. “Wir hatten erwartet, dass die gedruckten Walzen schon früh in den Tests versagen würden, aber im Endeffekt haben sie genauso gut funktioniert wie herkömmliche Walzen. Jetzt werden wir auf der Grundlage dieser Arbeit weitere Ideen erforschen.”

Die 3D-gedruckten Rollen wurden in den Nebraska Engineering Additive Technology Labs aus 8620HC, einem hochkohlenstoffhaltigen Stahl, hergestellt und entsprachen in ihren Eigenschaften denen der standardmäßig produzierten Lagerrollen. Trotz höherer Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Methoden sieht Turner großes Potenzial für den 3D-Druck in Notfallsituationen und speziellen Anwendungen.

“Wenn man sich die beiden Walzentypen nebeneinander ansieht, kann man im Grunde keinen Unterschied im Aussehen oder in der Leistung feststellen”, so Turner. “Oftmals hat man (bei der Metall-AM) Bedenken wegen der Porosität oder der inneren Mikrostruktur der Metalle in den ersten gedruckten Objekten. Unsere 3D-gedruckten Walzen hielten den Anforderungen der Lasten und des Abstands stand, die von den in Serie gefertigten Lagern erwartet werden.”

Die nächsten Schritte könnten darin bestehen, andere Wege zu finden, um den 3D-Druck finanziell sinnvoller zu gestalten. Eine Möglichkeit könnte sein, teurere Stahlpulver zu verwenden, um eine Beschichtung auf Lagerkomponenten aus günstigeren Metallen aufzutragen, was insgesamt zu kostengünstigeren und robusteren Lagern führen könnte.

“Man muss untersuchen, ob es überhaupt möglich ist, bevor man herausfinden kann, wann es kosteneffektiv ist”, sagte Turner. “Der Aufbau einer Produktionslinie für die Herstellung von Lagern ist eine große Investition, aber vielleicht kann es in Notsituationen funktionieren – zum Beispiel, wenn ein Bergbauunternehmen im australischen Outback einen Ausfall hat, der sonst die Beförderung seines Produkts beeinträchtigen könnte. Wenn sie ein Teil in 3D drucken können und nicht darauf warten müssen, dass ihnen etwas geliefert wird.”

Diese Forschung eröffnet neue Möglichkeiten für die Anwendung von 3D-Drucktechnologien in traditionellen Fertigungsindustrien und könnte langfristig zu einer effizienteren und flexibleren Produktion führen.

“Eines der Dinge, die wir im NEAT-Labor ziemlich gut beherrschen, ist die Entwicklung neuer Rezepturen für Legierungen”, so Turner. “Da die Preise für unsere Inhaltsstoffe und Geräte weiter sinken, werden wir in der Lage sein, einige neue Dinge auszuprobieren, die für viele Bereiche und Branchen interessant sein könnten.

Die Studie „Fatigue Performance of Bearing Rollers Manufactured by Laser Powder Bed Fusion“ wurde im ASTM Special Technical Publication on Bearing and Transmission Steels Technology veröffentlich.