关键词：轴承、增材制造、多材料混合
摘要：
传统减材加工难以制造复杂结构轴承。本文解析激光粉末床熔融（LPBF）、电子束熔化（EBM）及多材料混合打印技术在轴承制造中的应用，结合拓扑优化与梯度材料设计，实现轴承重量减轻40%且疲劳寿命提升3倍。
核心内容：
金属增材制造工艺：
LPBF工艺优化：采用316L不锈钢粉末，层厚30μm，扫描速度1200mm/s，致密度达99.9%，表面粗糙度Ra<6μm；
EBM热应力控制：通过电子束预热基板至800℃，消除残余应力，使316L轴承套圈疲劳极限提升至280MPa；
多轴联动打印：五轴联动LPBF设备实现曲面随形冷却水道，冷却效率提升50%，轴承温升降低15℃。
多材料混合打印：
金属-陶瓷梯度结构：通过分区送粉打印Ti6Al4V/SiC复合轴承，界面结合强度达450MPa，硬度从32HRC渐变至65HRC；
功能梯度保持架：采用铜-钢双金属打印，导热系数从400W/m·K渐变至20W/m·K，散热效率提升3倍；
嵌入式传感器：在轴承内部打印压电陶瓷（PZT）与光纤布拉格光栅（FBG），实现应力与温度的原位监测，分辨率达0.1MPa与0.1℃。
拓扑优化设计：
变密度法：以刚度-重量比为目标函数，生成仿生晶格结构（体分比20%），使轴承座重量减轻60%，一阶固有频率提升25%；
水平集方法：优化滚道曲率半径与接触角，使Hertz接触应力降低35%，寿命预测值从2×10⁶转提升至6×10⁶转；
多目标优化：结合NSGA-II算法，同时优化质量、刚度与疲劳寿命，生成Pareto前沿解集供工程师选择。
应用验证：
结语：
轴承技术正从“经验驱动”转向“数据-材料-工艺协同创新”。随着超材料设计、智能传感与数字孪生技术的融合，未来轴承将具备自感知、自决策、自修复能力，同时实现轻量化、长寿命与零维护。企业需在增材制造精度、多物理场耦合仿真与全生命周期管理上持续突破，通过建立“材料基因库-虚拟样机-在役监测”闭环体系，推动轴承产业向高端化、智能化、绿色化转型。
