鋼材，特別是不銹鋼和工具鋼，是工業(yè)和生物醫(yī)學(xué)等行業(yè)中可靠且常用的材料。 然而，用于增材制造的鋼材還是不常見(jiàn)的。 它存在，它不如其他金屬材料那么常見(jiàn) - 這是一種恥辱，因?yàn)殇摼哂性S多高度有用的特性，例如高強(qiáng)度和耐腐蝕性。 一種新型鋼材最近加入了增材制造市場(chǎng)，但是以GKN Sinter Metals的20MnCr5形式出現(xiàn)。

20MnCr5堅(jiān)固而堅(jiān)韌，堅(jiān)韌但易于加工，具有很高的疲勞強(qiáng)度和耐磨性。 保時(shí)捷工程最近將這種材料用于其電子驅(qū)動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的3D打印部件，即傳統(tǒng)的前部橫向傳動(dòng)裝置。 為了獲得最佳效益，選擇了具有最大減重潛力的部件 - 帶齒圈的差速器殼體。

齒圈和差速器殼體在常規(guī)變速器中具有不同的功能。 齒圈由特殊鋼制成，然后經(jīng)過(guò)硬化和精密研磨。 差速器殼體通常鑄造并用于從環(huán)形齒輪到中心螺栓和錐齒輪的扭矩傳遞。 寬齒圈的齒由薄的，有時(shí)偏心的圓盤(pán)支撐，該圓盤(pán)連接到差速器殼體。 GKN和Porsche使用CAD軟件和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化來(lái)設(shè)計(jì)基于力的新形狀。 然后定義變速器內(nèi)的最大可用空間。 任何功能（如錐齒輪，側(cè)軸和軸承）所需的所有內(nèi)部輪廓均從車(chē)身中減去。

根據(jù)變速器的規(guī)格和要求，包括軸承和齒輪在內(nèi)的所有負(fù)載都被應(yīng)用于封裝塊。 CAD優(yōu)化工具創(chuàng)建了一個(gè)能夠承擔(dān)所有所需負(fù)載的結(jié)構(gòu)。 由此產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)不能通過(guò)增材制造以外的任何其他手段來(lái)制造。

內(nèi)部形狀僅由系統(tǒng)的有機(jī)梁和其結(jié)構(gòu)完整性所必需的結(jié)構(gòu)支撐。 這些形狀不能用傳統(tǒng)方法加工。 該結(jié)構(gòu)還需要諸如孔的特殊特征以在制造之后噴出未使用的金屬粉末，并且外徑上的開(kāi)口使得收集的油可以排出差速器的內(nèi)部區(qū)域。 這些功能都可以在CAD模型中進(jìn)行規(guī)劃。

他最終的有限元分析顯示了均勻的應(yīng)力水平和允許的壁厚減少，這是由于機(jī)器限制而不能用于其他制造方法。根據(jù)原始負(fù)載要求，該團(tuán)隊(duì)能夠減少13％的重量，或約1公斤;他們?cè)趶较蛏系凝X剛度變化減少了43％，在切線方向上的齒剛度變化減少了69％，慣性減小了8％。

無(wú)論是減輕重量，創(chuàng)建更高效的內(nèi)燃機(jī)，還是改進(jìn)傳動(dòng)系統(tǒng)，汽車(chē)制造商都在不斷尋找提高車(chē)輛效率的方法。越來(lái)越多的這些制造商正在轉(zhuǎn)向增材制造，以制造原型甚至制造零件，其中許多零件幾何形狀無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)制造來(lái)實(shí)現(xiàn)。再加上增材制造提供的材料，比如GKN的20MnCr5，制造商能夠制造復(fù)雜，輕質(zhì)的部件，以承受高磨損。

GKN一直在探索汽車(chē)增材制造的好處，而這個(gè)最近的應(yīng)用強(qiáng)調(diào)了3D打印的幾個(gè)關(guān)鍵功能。閱讀GKN Sinter Metals博客的完整案例研究。