一种金属轮胎及其制备方法与流程

1.本发明属于轮胎的开发与制备技术领域，具体涉及一种金属轮胎及其制备方法。


背景技术：

2.轮胎是现代地面交通工具的核心部件，起着支撑车身、缓解外界冲击、通过与地面接触和相互作用实现并保证车辆的行驶性能。行驶过程中，轮胎需要承受各种变形、负荷、冲击力及高低温作用，因此，轮胎必须具有高的承载性能、牵引性能、缓冲性能、高耐磨性、高耐屈挠性、低滚动阻力和生热性等。目前轮胎普遍采用橡胶基复合材料材质，因此传统的充气橡胶轮胎，不可避免的存在轮胎被扎放气导致行车事故的风险。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种有序金属晶格阵列组合形成的超轻超强金属轮胎及其制备方法，解决传统充气橡胶轮胎存在被扎放气出现交通事故的问题。
4.为解决上述问题，本发明一方面提供了一种金属轮胎，包括轮胎胎体和胎体支撑体，所述胎体支撑体为有序金属晶格阵列组合而成。
5.优选地，所述金属轮胎向外轴向立体展角为110～160
°
，所述金属轮胎向外轴向切线方向展角为0～90
°
。
6.优选地，所述轮胎胎体为有序金属晶格阵列组合而成。
7.优选地，所述有序金属晶格阵列为面心立方、体心立方、密排六方或其它不规则立体阵列。
8.优选地，所述有序金属晶格阵列为多种立体形状组合形成的整体有序结构。
9.优选地，所述有序金属晶格阵列具有长程有序但不具有平移对称性。
10.优选地，所述有序金属晶格阵列中的点的大小为1～200μm。
11.优选地，所述有序金属晶格阵列中的线的长度为10～500μm。
12.优选地，所述有序金属晶格阵列中的线的截面为圆形、椭圆形或正多边形，所述线的直径和/或最大宽度为10～200μm。
13.优选地，在所述轮胎胎体外面包覆橡胶层，以获得与常规轮胎相同的外观。
14.根据本发明的第二方面，提供了一种金属轮胎3d打印的方法，所述方法包括如下步骤：
15.a、以轮毂作为3d打印基板，并固定在3d打印机的旋转轴上；
16.b、原材料、热源、运动系统和软件系统等处于就位状态；
17.c、启动3d打印软件运行；
18.d、在所述3d打印软件作用下，所述轮毂旋转与所述打印头位移结合，打印点定位确认，所述打印头喷出适量打印粉体或推出适当长度熔丝，在所述热源作用下熔融固化，实现在所述有序金属晶格阵列的点或线的位置完成打印成型；
19.e、连续重复该过程，完成整个金属轮胎打印。
20.本发明相比于现有技术的有益效果在于：本发明采用有序金属晶格阵列组合形成的金属轮胎具有超轻超强的特性，实现了不担心被扎放气、跟车辆寿命一样长的金属轮胎的设计、加工、制造和应用，解决了传统的橡胶充气轮胎存在的被扎放气出现交通事故的问题。
附图说明
21.图1是本发明的金属轮胎的结构特征示意图。
22.附图标号：
23.1.内圈；2.胎体支撑体；3.轮胎胎体。
具体实施方式
24.以下结合附图，对本发明上述的和此外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。
25.如图1所示，本发明一方面提供了一种金属轮胎，包括轮胎胎体3和胎体支撑体2，胎体支撑体2为有序金属晶格阵列组合而成。
26.以车轮的轮辋作为内圈1并作为3d打印的基板进行3d打印。
27.胎体支撑体2为有序金属晶格阵列组合而成。有序金属晶格阵列具有立体有序结构，并最终形成所需的轮胎结构，该立体有序结构，可以是类似晶体学中的单一点阵特征，如常见的面心立方、体心立方、密排六方，或者其它不规则立体阵列等等。该立体有序结构，或者是多种立体形状组合形成的整体有序结构，如三角形、菱形、五边形或其它多边形与正方形组合形成的立体结构。该立体有序结构，也可以是类似晶体学上的准晶结构特征，即具有长程有序但不具有平移对称性。
28.有序金属晶格阵列中的点的大小在1～200μm之间，优选为50～100μm。相邻点与点之间的间距即线的长度在10～500μm之间，优选为50～100μm。阵列中的线的截面可以是圆形、椭圆形或正多边形，优选为圆形，其直径或最大宽度为10～200μm，优选为50～100μm。只是最近邻点与点之间进行连接，在间隔稍远的点之间不存在连接线。
29.有序金属晶格阵列形成轮胎组成时的微观结构排列选择方式为：不考虑具体阵列的面心立方、密排六方或其它结构形式，对于组成实际轮胎的阵列结构，其核心要求是金属轮胎向外轴向立体展角为110～160
°
，优选为120～150
°
，这样在轮胎行驶受到向轴中心的法线作用力时，其结构具有最好的弹性和恢复力；对于金属轮胎向外轴向切线方向展角为0～90
°
，优选为30～60
°
。
30.轮胎胎体3的外形与现有橡胶轮胎相同，组成轮胎胎体3的可以是3d打印的金属材料，也可以是已有常规轮胎。
31.当选择常规橡胶轮胎作为金属轮胎的轮胎胎体3时，其中的胎体支撑体2仅仅是替代现有橡胶轮胎的充气气体体系，即在车轮轮辋与轮胎之间原来充气的部分。整体轮胎可以在该支撑体基础上再进一步充气，或者单纯处于常压状态。
32.当选择有序金属晶格阵列金属组织直接形成轮胎胎体3时，这时宏观上的外形与常规橡胶轮胎的外形相同，也分为胎面花纹和胎面沟槽等组成的胎冠、胎肩、胎侧等部分，微观上则为有序金属晶格阵列金属组织。对于完全由有序金属晶格阵列金属组织形成的金
属轮胎，其外表面还可以进一步进行表面处理，例如利用橡胶层进行均匀包覆处理，以获得与常规轮胎相同的外观等。
33.根据本发明的第二方面，提供了一种金属轮胎3d打印的方法，所采用的3d打印方法为非平面基板3d打印技术，具体采用了将轮毂作为内圈1并作为3d打印基板，轮毂旋转与金属3d打印头运动结合完成。有序金属晶格阵列金属3d打印所采用的打印头为金属丝或金属粉作为打印原材料，通过电弧、电子束、激光或感应加热方法完成3d打印过程，所述方法包括如下步骤：
34.a、以轮毂作为3d打印基板，并固定在旋转轴上；
35.b、原材料、热源、运动系统和软件系统等处于就位状态；
36.c、启动3d打印软件运行；
37.d、在3d打印软件作用下，轮毂旋转与打印头位移结合，打印点定位确认，打印头喷出适量打印粉体或推出适当长度熔丝，在热源作用下熔融固化，实现在有序金属晶格阵列的点或线的位置完成打印成型；
38.e、连续重复该过程，完成整个金属轮胎打印。
39.3d打印的金属轮胎的使用性能，如弹性、承压、抓地、稳定性、寿命性能等不低于当前常用的橡胶轮胎；其胎压特性，在常规橡胶轮胎胎压到大气压均满足性能要求；有序金属晶格阵列组合形成的金属轮胎具有超轻超强的特性，不再会出现传统橡胶轮胎被扎漏气而需要补胎或换胎的情况，可以实现与整体运行车辆相同的使用寿命而不需要特别考虑。
40.实施例一：
41.轮辋宽度为20cm，已有配套橡胶轮胎，通过在轮辋上面3d打印有序金属晶格阵列的金属组织，替代原来的充气部分。
42.橡胶轮胎压边宽度两侧分别为1cm，压边的厚度为1mm，橡胶轮胎环高度为2cm，侧边和顶环壁的厚度均为2mm，橡胶轮胎侧壁几乎为直边。
43.3d打印区的尺寸特征为：轮辋外环底部打印区，宽度18cm；打印厚度1mm后，增加为打印宽度20cm；接着一直打印的厚度达到17mm，此时打印体可充满橡胶轮胎的内壁。
44.阵列特征为：在打印区，围绕轮辋的环做打印圆环线；在轮辋环宽度方向，打印连接直线；在轮辋环高度方向，同样打印连接直线。圆环线、连接直线的宽度均为0.1mm，上下、左右圆环线之间的间距均为0.2mm，连接左右圆环线的连接直线之间的间距为0.2mm，连接上下圆环线的连接直线之间的圆弧线(位于下侧的圆环线)间距为0.2mm。
45.采用安世亚太研制的圆环形基板技术、激光熔融金属丝、3d打印系统以及开发的相应打印软件完成上述产品的3d打印。所采用的打印材料为1cr18ni9ti不锈钢丝，金属丝的直径为0.05mm。打印工艺过程为：首先进行第一层的圆环线打印；然后进行左右圆环线的连接直线打印；第三进行圆环线上下的连接直线打印；再进行上一层的圆环线打印。上述过程循环往复，直至全部打印完成。注意其中在完成高度方向1mm的打印厚度后，需要向两侧延伸打印，这时是先打印左右方向的连接线，然后是圆环线，然后继续循环往复。
46.本发明采用有序金属晶格阵列金属轮胎具有超轻超强的特性，实现了不担心被扎放气、跟车辆寿命一样长的金属轮胎的设计、加工、制造和应用，解决了传统的橡胶充气轮胎存在的被扎放气出现交通事故的问题。
47.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的
详细说明，应当理解，以上所述的仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。