Jak co nejrozumněji skloubit kovový 3D tisk a CNC obrábění?

一, Technologická komplementarita: logická změna z „opozice“ na „symbiózu“
Kovový 3D tisk (jako příklad používá technologii SLM/DMLS) využívá laser k roztavení kovového prášku vrstvu po vrstvě, což umožňuje vytvářet složité interiérové ​​struktury najednou. Jeho hlavní výhody jsou:
Průlom v konstrukčních stupních volnosti: schopnost vytvářet mřížové struktury, konformní chladicí kanály, nerovné povrchy a další věci, které typické CNC stroje nedokážou. Například určité tělo hydraulického ventilu dostává rozložené olejové okruhy prostřednictvím 3D tisku, což činí průtokový kanál o 300 % složitější. CNC obrábění vyžaduje mnoho svorek a je těžké zajistit, aby těsnily.
Aditivní výroba neplýtvá žádným materiálem a míra využití materiálu může být nad 90 %, což je mnohem více než 50 % až 70 % u CNC obrábění.
Schopnost rychlé iterace: Po změně digitálního modelu jej lze ihned vytisknout, aniž by bylo nutné znovu tvarovat. Čas potřebný k vývoji nového zboží se tak zkrátil z měsíců na dny.
Počáteční přesnost (± 0,04 mm) a drsnost povrchu (Ra12,5 μm) 3D tisku však znesnadňují splnění potřeb vysoce-přesné montáže. V tomto okamžiku se CNC obrábění stává velmi důležitým:
Korekce velikosti: Abyste vyrovnali deformaci způsobenou smršťováním během tisku, měli byste frézovat vodicí povrch obráběcího stroje s přesností ± 0,02 mm.
Povrchová úprava: Přesné frézování zvyšuje drsnost povrchu z Ra12,5 μm v litém stavu na Ra1,6 μm a zrcadlové leštění ji může zvýšit dokonce na Ra0,2 μm.
Klíčové vlastnosti obrábění: CNC je skvělé při provádění všech druhů místního obrábění, jako je výroba čelních ploch s vysokou přesností a závitových otvorů s vysokou přesností.
2, Běžný případ použití je, když potřebujete splnit požadavky na komplikovanou strukturu a přesnost.
1. V leteckém průmyslu je třeba najít rovnováhu mezi tím, že je lehký a dokáže unést velkou váhu.
Jeden podnik v oblasti letectví používá metodu „3D tisk+CNC“ k výrobě spalovacích komor motorů:
Proces 3D tisku: Tisk komplikovaných tvarů s konformními chladicími kanály z Inconel 718, což je vysokoteplotní slitina na bázi niklu--. Díky tomu jsou konstrukce o 35 % lehčí a jsou schopné zvládnout teploty až 1200 stupňů.
CNC proces: Mimořádně{0}}přesné opracování těsnící plochy na rovinnost 0,01 mm, aby bylo zajištěno, že bude dobře fungovat v situacích vysokého-tlaku.
Ověření účinku: Výrobní cyklus je o 60 % kratší než u standardních metod odlévání a svařování a únavová životnost je dvojnásobná.
2. Lékařské implantáty: kombinace personalizace a biokompatibility
Jak se vyrábějí ortopedické implantáty ze slitiny titanu:
3D tisk: Pomocí CT dat od pacienta vytiskněte porézní femorální dřík s porozitou 60 % až 80 % a velikostí pórů 200 až 500 μm. To bude napodobovat tvar přirozených kostních trámců.
CNC obrábění: přesné frézování kónické spojovací plochy, která se dotýká dutiny kostní dřeně, aby bylo zajištěno, že splňuje toleranci úrovně H7 a dosahuje biologické fixace.
Povrchová úprava: Pískování a eloxování zdrsní povrch, což pomáhá kostním buňkám k němu přilnout.
3. Průmyslové formy: dobrá rovnováha mezi komplikovanými průtokovými kanály a dobrým chlazením
Jistá společnost vyrábějící formy používá smíšené výrobní řešení:
3D tisk vytváří jádro formy se třemi vrstvami vnitřních chladicích kanálů najednou. Díky tomu je chlazení o 30 % účinnější a řeší se problém netěsností, ke kterým dochází při standardním spojování bloků.
CNC obrábění: vyleštěte dělicí plochu na Ra0,4 μm, aby bylo snazší odstranit plastové díly.
Srovnání nákladů: Náklady na kus klesly o 42 % a není třeba se obávat odpadu formy z deformace při svařování.
3, Cesta integrace procesů: zlepšení celého procesu od návrhu až po následné{1}}zpracování
1. Fáze návrhu: Optimalizujte topologii v závislosti na omezeních výrobního procesu.
DFAM (Design for Additive Manufacturing): Použití metody generování mřížkové struktury ke snížení hmotnosti na polovinu při zachování pevnosti.
Vyhrazený přídavek na obrábění: Vyhraďte 0,3–0,5 mm pro prvky, které vyžadují CNC dokončování, jako jsou montážní povrchy a umístění otvorů. Tím zabráníte ovlivnění přesnosti tiskových vzorů vrstev.
Optimalizace nosné struktury: Použijte simulační analýzu ke snížení množství podpory a zároveň se ujistěte, že CNC nástroje jsou stále snadno dostupné. Například podpora pro určitý držák pro letectví je umístěna na neobrobeném povrchu, což zkracuje čas CNC obrábění o 30 %.
2. Fáze tisku: Spolupráce na regulaci nastavení a následném{1}}zpracování
Choose spherical powder (flowability>30s/50g), aby se prášek rovnoměrněji distribuoval a snížila poréznost na méně než 0,5 %.
Technika tepelného zpracování zahrnuje žíhání pro odlehčení pnutí při 650 stupních po dobu 2 hodin a izostatické lisování za tepla (HIP) pro zvýšení hustoty nad 99,9 %.
Ovládání směru: Použijte software Magics k nalezení nejlepšího úhlu pro umístění prvků, abyste snížili množství podpory potřebné pro závěsné konstrukce.
3. Fáze CNC obrábění: pětiosé-propojení a inteligentní kompenzace
Pět{0}}osé obráběcí centrum: Systém Siemens 840D se používá k upnutí a obrábění složitých povrchů najednou, což zabraňuje chybám při polohování.
Technologie digitálního dvojčete: pomocí simulace Vericut předvídat, jak se změní obrábění, a provádět úpravy modelu s předstihem. Například simulace zlepšila přesnost obrysu dané turbínové lopatky z ± 0,05 mm na ± 0,02 mm.
Při kontrole stroje: Pomocí sond Renishaw můžete sledovat rozměry obrábění v reálném čase a opravovat chyby, ke kterým dochází v důsledku opotřebení nástroje.
4. Stupeň povrchové úpravy: kombinace funkcionalizace a ornamentiky
Úprava pískováním: Použijte skleněné kuličky o velikosti 120 mesh, aby drsnost povrchu Ra3,2 μm pomohla povlaku lépe přilnout.
Mikrooblouková oxidace: Vytvořte keramický povlak o tloušťce 10 μm na povrchu titanové slitiny. Fólie je 1000HV tvrdá a pětkrát odolnější proti opotřebení.
PVD povlak: Nanesením povlaku TiN je povrch tvrdší (2200 HV) a dodává mu zlatý vzhled.