Jak zabránit zkreslení tenkých{0}}stěn kovových 3D tištěných dílů motoru

Dokončíte lehkou součást sání nebo tenkostěnnou -skříň motoru, odešlete ji na kovový 3D tisk a díl se vrátí s kritickou stěnou zkroucenou o 0,2–0,3 mm. Už nesedí rovně ani se nezarovnává s protilehlými částmi. K tomu dochází pravidelně u tenkostěnných dílů s příměsí kovu, zejména pokud není zbytkové napětí zvládnuto od začátku.

Zkreslení není záhadné. Vychází z předvídatelného tepelného chování a ovládací prvky jsou také předvídatelné. Níže je praktický pohled na to, proč k tomu dochází a co vlastně funguje, aby se tenkostěnné součásti motoru udržely v použitelné toleranci.

Proč se tenké-stěny deformují

V DMLS nebo SLM laser roztaví malý objem prášku při vysoké teplotě, poté se materiál extrémně rychle ochladí. Okolní prášek a ztuhlý kov zůstávají mnohem chladnější. Tento strmý teplotní rozdíl vytváří zbytkové napětí.

Nejvíce trpí tenké stěny, protože mají nízkou tuhost a omezené cesty pro únik tepla. Opakovaně se objevují tři problémy:

Zbytkové napětí zablokováno opakovanými cykly ochlazení-tavení

Příliš slabé nebo špatně umístěné podpěry, takže díl se může při chlazení vytáhnout z tvaru

Hromadění tepla v štíhlých částech, které nemohou dostatečně rychle odvádět tepelnou energii

Když se tyto faktory zkombinují, stěna, která v modelu CAD vypadala perfektně, se může snadno posunout natolik, že se montážní plochy nebo těsnící plochy vymknou z tolerance.

Nejprve si udělejte návrh stěny
Rovnoměrná tloušťka se chová lépe než náhlé skoky z tlusté do tenké. Přidání lehkých žeber nebo zaoblení v ne-kritických oblastech často zvýší tuhost během stavby, aniž by došlo ke zničení cílové hmotnosti. Velké ploché nepodporované rozpětí jsou častými problémovými oblastmi-jejich rozbití nebo náležité podpory. Toto jsou základy použitelných směrnic pro návrh tenkostěnného kovového 3D tisku.

Orientujte část s ohledem na stres
Vertikální nebo úhlové orientace pro kritické tenké stěny obvykle zmenšují oblast taveniny v každém okamžiku a mění se tam, kde se koncentruje zbytkové napětí. Orientace také rozhoduje o tom, které povrchy ponesou podpůrné značky, takže funkční plochy vyžadují včasnou pozornost.

Použijte podpěry jako kotvy i tepelné cesty
Podpěry zde nejsou jen proto, aby zabránily pádu součásti. Ve vysoce-namáhaných zónách potřebují dostatečný průřez-, aby odolávaly tažným silám a vedly teplo. Rovnoměrně tenké podpěry často selhávají přesně v místech, na kterých záleží nejvíce.

Ovládejte parametry a používejte předehřívání, je-li k dispozici
Stabilní, ověřené sady parametrů pro konkrétní slitinu a stroj jsou důležitější než neustálé šťouchání. Předehřev substrátu snižuje teplotní mezeru mezi lázní taveniny a zbytkem součásti, což přímo snižuje zbytkové napětí.

Uvolněte-stres, dokud je díl stále na talíři
Tento jediný krok zabrání velkému podílu pozdních{0}fází deformací. Tepelné zpracování uvolňuje napětí, zatímco stavební deska stále drží geometrii. Častým důvodem zkreslení, když díl vypadá na stroji dobře, je nejprve odříznutí dílu a poté tepelné zpracování-.

Slitiny titanu, jako je Ti-6Al-4V, vedou teplo špatně ve srovnání s mnoha oceli nebo slitinami hliníku. Teplo zůstává lokalizováno déle, takže zbytkové napětí může být vyšší. Stejné kontrolní metody-promyšlený design, orientace, robustní podpěry, disciplinovanost parametrů a deska{10}}odlehčení napětí platí přímo pro 3D tištěné lékařské implantáty ze slitin titanu. Tyto části také obsahují tenké stěny, složité mřížky a nulový prostor pro rozměrový drift. Zkušenosti získané na tenkostěnných součástech motoru se dobře přenášejí do práce s lékařskými implantáty a naopak.

Kovový 3D tisk vám poskytne téměř{1}}čistý tvar. Obvykle neposkytuje konečné tolerance na těsnicích plochách, dosedacích plochách nebo přesných montážních bodech. Tyto funkce téměř vždy vyžadují CNC obrábění. Stejný hybridní přístup je standardem pro Precision CNC Machineed Medical Products: aditivní výroba vytváří složitou geometrii a CNC přináší kritické povrchy do specifikace. Díky návrhu tištěného polotovaru s vhodným obráběcím materiálem na klíčových plochách je kombinace efektivní.

Na jedné součásti související s tenkostěnným -motorem z titanové slitiny- vykazovaly první sestavení přibližně 0,25 mm deformace na montážní ploše po odstranění podpěry. Tloušťka stěny v postižené oblasti byla pod 1,5 mm a původní orientace ponechala velké horizontální rozpětí.

Revidovaný přístup zahrnoval jednotnější přechody stěn, přidané místní vyztužení, lepší orientaci konstrukce, pevnější podpěry v zóně vysokého-namáhání, odlehčení napětí, zatímco je stále připevněno ke konstrukční desce, a záměrné obrábění na kritické ploše. Po CNC dokončení se montážní plocha dostala do požadované tolerance a díl se smontoval bez problémů. Zlepšení vyplynulo z toho, že návrh, proces, tepelné zpracování a obrábění byly považovány za jeden systém, nikoli jako samostatné kroky.

Ne každý výrobce kovového 3D tisku nebo továrna na kovový 3D tisk zvládá práci s tenkými-stěnami stejně dobře. Mezi užitečné signály patří:

Prokázané zkušenosti s geometriemi tenkých{0}}stěn a slitinami, které skutečně používáte

V -vlastním nebo úzce souvisejícím{1}}odlehčení stresu, v případě potřeby možnost HIP a CNC dokončovací práce

Správné kontrolní nástroje a zvyk kontrolovat zbytkový-účinek stresu

Zdokumentované řízení procesu spíše než jednorázové{0}}hádání parametrů

Schopnost přejít od prototypu k malým-sériovým nebo velkoobchodním zakázkovým kovovým 3D tištěným dílům bez ztráty kvality-

Obchod, který projednává riziko zkreslení a úpravy designu včas, je obvykle spolehlivější než obchod, který jednoduše uvádí cenu za součást.