Jaké jsou běžné potíže při následném{0}}zpracování kovového 3D tisku?

1. Kontrola drsnosti povrchu: přechod od „přířezu“ k „hotovému výrobku“
Protože kovový 3D tisk vytváří věci ve vrstvách, povrch má stupňovitou texturu s drsností (hodnota Ra), která je obvykle mezi 6 a 12 μm. To je podstatně hrubší než tradiční obrábění, které má hodnotu drsnosti 0,8 až 1,6 μm. Například drsnost vnitřní stěny chladicího kanálu pro lopatky leteckých motorů musí být udržována pod 3 μm, jinak se výrazně sníží účinnost přenosu tepla.
Problémy s technologií:
Zbytková nosná struktura: Nosná struktura, která se aplikuje během tisku, aby věci nezměnily tvar, může po sejmutí na povrchu zanechat důlky nebo hrboly.
Adheze prášku: Když se částice prášku úplně neroztaví, přilnou k povrchu, což se nazývá "sféroidizace".
Stopy mezivrstvového spojování: V místech, kde se kříží dráhy laserového skenování, se mohou tvořit malé hrbolky.
Odpověď:
Chemické leštění: Použití kyselých nebo alkalických roztoků k selektivnímu rozpuštění povrchové vrstvy může způsobit, že bude hladší než 1 μm, ale musíte být velmi opatrní, jak dlouho ji necháte v roztoku, aby nedošlo k přílišné korozi.
Úprava pískováním: Jednotný matný povrch se vytvoří úderem na povrch-rychlým proudem písku. To je dobré pro složité konstrukce vnitřních dutin, ale může to také vytvářet nové povrchové vady.
Elektrolytické leštění: Tato metoda využívá elektrochemických principů k vyrovnání povrchu na mikroskopické úrovni. Může poskytnout zrcadlový efekt (Ra<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. Oprava vnitřních defektů: klíč k tomu, aby byly věci hustší a lepší.
Vnitřek kovových 3D tištěných dílů má obvykle poréznost 0,1 % až 5 %. Tyto drobné vady mohou způsobit tvorbu trhlin, což značně zkracuje únavovou životnost dílů. Například implantáty z titanové slitiny s porozitou větší než 0,5 % se nemusí integrovat s kostí.
Problémy s technologií:
Póry: Pokud je intenzita laseru příliš nízká nebo prášek obsahuje příliš mnoho kyslíku, roztavená lázeň se může rozpadnout.
Nedostatečná fúze: slabé spojení mezi vrstvami, což vede k mikrovrstvení.
Trhlina: Horká nebo studená trhlina, ke které dochází, když se vytvoří zbytkové napětí.
Odpověď:
Izostatické lisování za tepla (HIP): Materiál je vystaven velkému tlaku (100–200 MPa) a teplu (900–1200 stupňů). Díky tomu mění tvar, uzavírá vnitřní póry a zvyšuje svou hustotu nad 99,9 %. Například úprava HIP ztrojnásobila únavovou životnost palivových vstřikovačů v motorech LEAP vyrobených GE Aviation.
Místní infiltrace: Metoda vakuové impregnace vyplňuje důležité oblasti kompozitních materiálů na bázi kovu-, takže je vhodná pro upevnění konstrukcí s tenkými stěnami.
Laserové přetavování: Provedení druhého skenu na oblastech s povrchovými nebo vnitřními defekty může pomoci zlepšit zrnitost, ale také může přidat nové tepelné napětí.
3. Řízení zbytkového napětí: Systémové inženýrství pro řízení deformace
Když se kov tiskne 3D, tepelné namáhání z rychlého zahřátí a ochlazení se může blížit 50 % až 80 % meze kluzu materiálu. To může způsobit deformaci, zlomení nebo změnu tvaru součástí. Zbytkové napětí může u velkých rámových konstrukcí vyvolat několikamilimetrovou deformaci, což je výrazně nad rámec toho, co je přijatelné.
Problémy s technologií:
Nerovnoměrné rozložení napětí: Složité geometrické tvary způsobují velké změny teplotních gradientů.
Efekt omezení substrátu: Napětí se hromadí v místě, kde se komponent setkává se substrátem, což může snadno způsobit delaminaci mezivrstvy.
Výzva pro tisk více{0}}materiálů: Skutečnost, že různé materiály se roztahují různou rychlostí, urychluje nárůst napětí.
Odpověď:
Před tiskem zahřejte substrát na 200 až 500 stupňů Celsia, abyste snížili teplotní rozdíl. Například stroje řady Precision od Yunyao Shenwei mají funkci předehřívání substrátu na 500 stupňů, která snižuje možnost praskání tištěných dílů vyrobených z titanové slitiny.
Optimalizace strategie skenování: Použijte „skenování ostrovů“ nebo „skenování šachovnice“ k rozložení vneseného tepla, aby se na jednom místě příliš nezahřívalo.
Žíhání pro odlehčení pnutí: Po dokončení tisku se provede izolační úprava při 600–700 stupních, aby se zbavilo více než 80 % napětí, které tam stále je.
4. Záruka rozměrové přesnosti: krok kupředu od „přibližného tvarování“ k „tvarování do sítě“
Kovový 3D tisk je normálně přesný s přesností ± 0,1 mm, ale u kusů, které musí být velmi přesné, jako jsou ozubená kola, je zapotřebí další obrábění. Je však velmi obtížné pracovat se složitými strukturami vnitřních dutin, jako jsou mřížkové struktury, a standardní frézování nebo elektroerozivní obrábění (EDM) by mohlo poškodit vnitřní strukturu.
Problémy s technologií:
Deformace smršťováním: Když kov chladne, zmenšuje se v objemu, což způsobuje změnu rozměrů.
Kolize od podpůrných konstrukcí: Zbytková podpora ztěžuje nalezení referenční roviny obrábění.
Tenkostěnné-konstrukce nejsou dostatečně tuhé, takže vibrace při zpracování mohou nástroje snadno zlomit.
Odpověď:
Kompenzace návrhu: Nastavte velikost smrštění v modelu CAD předem (obvykle mezi 0,2 % a 0,5 %) a zkontrolujte opravu jejím opakovaným tiskem.
Pět{0}}osé spojové obrábění: Zařízení LASERTEC 65 3D společnosti DMG MORI je příkladem více-osého CNC obráběcího stroje, který dokáže tisknout i frézovat současně.
Elektrochemické obrábění (ECM) je metoda odstraňování materiálů bez potřeby mechanické řezné síly. Je vhodný pro přesné obrábění tenkostěnných-konstrukcí.
5. Kompatibilita s několika materiály: problém s funkčně odstupňovanými materiály
Kovový 3D tisk se pomalu posouvá směrem k více-kompozitu, aby splnil požadavky na nízkou hmotnost, odolnost proti korozi a vodivost. Ale skutečnost, že různé materiály mají různé body tání a koeficienty tepelné roztažnosti, znamená, že pevnost vazby mezi nimi není dostatečně pevná, což může rychle vést k delaminaci nebo praskání.
Problémy s technologií:
Křížová{0}}kontaminace prášku: Zbytkový prášek v přihrádkách pro tisk s více materiály zhoršuje čistotu materiálů.
Konflikt procesních parametrů: různé materiály je třeba sladit s měnícím se výkonem laseru, rychlostí skenování a dalšími nastaveními.
Výkon rozhraní se zhoršuje: křehké fáze se objevují rychle tam, kde se setkávají různé materiály.
Odpověď:
Modulární systém přívodu prášku: Například zařízení řady RESEARCH od Yunyao Shenwei má nezávislé zásobníky prášku, které vám umožňují přepínat mezi různými vrstvami materiálu.
Předzpracování rozhraní: Použijte laserové čištění nebo plazmové stříkání, aby rozhraní lépe přilnulo.
Optimalizace numerické simulace: Pomocí softwaru ANSYS nebo COMSOL modelujte, jak se tepelné a mechanické vlastnosti různých materiálů ovlivňují během procesu tisku. To vám pomůže nastavit správné parametry.
6. Nalezení správné rovnováhy mezi náklady a efektivitou: Největší problém-výroby ve velkém měřítku
Kovový 3D tisk stojí 30 až 70 % celkových nákladů na produkt a doba zpracování je dlouhá (obvykle 2–5násobek doby tisku), což ztěžuje použití v hromadné výrobě. Například tradiční postup odlévání bloku válců automobilového motoru stojí zhruba 500 juanů za kus. Na druhou stranu náklady na 3D tisk a následné-zpracování mohou být více než 3000 juanů.
Problémy s technologií:
Vysoké náklady na vybavení: Špičková{0}}pět{1}}osá obráběcí centra stojí více než 5 milionů juanů, zatímco zařízení HIP může stát až 20 milionů juanů.
Délka procesního řetězu: Musíte provést řadu kroků v daném pořadí, jako je zahřátí, řezání drátu, odstranění podpěry, leštění a znovu leštění.
Nízká úroveň automatizace: Po-zpracování složitých dílů je stále potřeba ruční práce, což snižuje efektivitu.
Odpověď:
Chytrá integrace výrobních linek: Pomocí vozíků AGV propojte 3D tiskárny, pece na tepelné zpracování a obráběcí centra, aby celý proces probíhal automaticky. Například zařízení BLT-S800 společnosti Platinum Technology nabízí vestavěné-možnosti online detekce a adaptivního zpracování.
Aditivní výroba: Chcete-li snížit počet fází, které následují po tisku, synchronizujte částečné obrábění během procesu tisku. Stroje INTEGREX i-400AM společnosti Mazak mohou přepínat mezi laserovým plátováním a frézováním.
Digitální plánování procesu: Pomocí softwaru Siemens NX nebo Magics najděte nejlepší cestu obrábění a zkraťte prostoje.