Môžu kovové 3D tlačové formy dosiahnuť konzistenciu šarže?

一, Hlavným problémom konzistentnosti šarží je „diskontinuita“ medzi laboratóriom a dielňou.
Základným princípom procesu kovovej 3D tlače je „tavenie a skladanie vrstvy po vrstve“, ktoré zahŕňa rôzne viacrozmerné aspekty vrátane regulácie laserovej energie, rovnomernosti distribúcie prášku a riadenia teplotného gradientu. V prostredí laboratória je jednoduché tlačiť jednotlivé vysokokvalitné formy-pomocou presnej technológie a obmedzených priestorov. Pokiaľ však ide o hromadnú výrobu, tieto problémy sa stávajú hlavnými premennými, ktoré obmedzujú konzistenciu:
Kolísanie materiálu: Rozdiely v dávkach kovového prášku, ako je distribúcia veľkosti častíc, množstvo kyslíka a množstvo nečistôt, majú priamy vplyv na to, ako dobre kov tečie a tuhne počas procesu tavenia. To môže viesť k rozdielom vo veľkosti alebo výkone v rovnakom dizajnovom modeli pri tlači v rôznych sériách. Napríklad, ak sa hladina kyslíka v prášku z titánovej zliatiny zvýši o 0,01 %, jeho schopnosť odolávať únave sa môže znížiť o 5 % až 10 %.
Malé procesné okno: Zmeny výkonu lasera, rýchlosti skenovania a hrúbky vrstvy len o niekoľko percent (napríklad ± 1 % zmeny výkonu) môžu spôsobiť praskliny, pórovitosť alebo deformáciu. Napríklad hrúbka steny vnútorných chladiacich kanálov lopatiek turbín leteckých motorov musí byť udržiavaná medzi 0,3 a 0,5 mm. Ak sa ktorýkoľvek z týchto parametrov zmení, kanály sa môžu zablokovať alebo štruktúra môže zlyhať.
Stabilita zariadenia: Ako sa časy tlače predlžujú, problémy so starnúcim zariadením vrátane straty energie lasera, posunu presnosti zrkadlového skenovania a zmien teploty dutiny formy budú pomaly pridávať ďalšie chyby. Skupina medzinárodných štandardov vykonala test, ktorý ukázal, že rozmerová presnosť tlačených materiálov môže klesnúť z ± 20 μm na ± 50 μm po tom, čo jedno zariadenie beží 500 hodín v kuse.
Neistota po spracovaní: Formy musia byť po vyrobení často opieskované a vyleštené, aby splnili štandardy drsnosti povrchu ako Ra Menšie alebo rovné 0,8 μm. Táto metóda by mohla spôsobiť nové rozmerové chyby, najmä v mikroštruktúrach, ako sú odbočné kanály konformných vodných ciest, ktoré štandardné obrábanie nemôže vždy zabezpečiť, aby boli rovnaké.
2, Technologický prielom: vytvorenie mechanizmu pre úplnú kontrolu reťazca, ktorý zaručuje konzistentnosť
Priemysel pomaly vybudoval technologickú bariéru pre konzistentnosť šarží tým, že spolupracoval v štyroch dimenziách na „hardvéri, softvéri, procese a materiáloch“. Na základe príkladov popredných spoločností, ako je Yunyao Shenwei, ich riešenia možno zoskupiť do troch hlavných kategórií:
1. Stabilita hardvéru: Riešenie problémov pri zdroji
Vysoko presný{0}}systém rozprašovania prášku: využíva bez-dotykovú výmenu prášku a integrovaný dizajn výmeny valcov, aby sa prášky nemiešali. Čistota prášku stúpla na viac ako 99,9 % vďaka vibračnému skríningu a technológiám odstraňovania nečistôt z magnetického poľa. Napríklad stroje Yunyao Shenwei dokážu dôsledne kontrolovať hrúbku každej vrstvy v rozmedzí 2–10 μm, čím sa zabezpečí, že prášok sa rovnomerne rozloží v každej vrstve s presnosťou ±5 μm.
Uzavretá{0}}kontrola energie lasera: Pomocou monitorovania výkonu lasera, tvaru bodu a distribúcie energie v reálnom čase spolu s dynamickými kompenzačnými algoritmami sa zmeny energie udržiavajú v rozmedzí ± 0,5 %. Konkrétna spoločnosť vyrobila desať-laserový synchrónny skenovací systém, ktorý nielenže robí tlač päťkrát rýchlejšou ako bežné zariadenia, ale tiež znižuje drsnosť povrchu na Ra Menšiu alebo rovnú 1,6 μm optimalizáciou prekrývania bodov.
Systém environmentálnej kontroly: Má viaczónový modul kontroly teploty a systém cirkulácie inertného plynu v dutine formy. Udržuje teplotný gradient v rozmedzí ± 2 stupne a koncentráciu kyslíka pod 50 ppm, čím zastavuje deformáciu spôsobenú tepelným namáhaním.
2. Optimalizácia procesov: od skúseností-po údaje-založené
Knižnica parametrov a simulácia procesu: Vytvorte knižnicu parametrov procesu, ktorá zahŕňa bežné materiály, ako sú zliatina titánu a oceľ na formy. Potom použite analýzu konečných prvkov (FEA) na simuláciu toho, ako sa bude roztavený bazén správať v priebehu času, predpovedajte, ako sa bude deformovať, a vylepšite podporné štruktúry. Napríklad jedna spoločnosť použila simuláciu na zníženie skreslenia tlače palivových trysiek leteckých motorov z 0,8 mm na 0,2 mm.
Online monitorovanie a spätná väzba v uzavretej slučke: Použite vysokorýchlostné{0}}kamery a infračervené teplomery počas procesu tlače, aby ste získali dôležité informácie, ako je tvar roztaveného kúpeľa a rozloženie teplotného poľa v reálnom čase. Použite algoritmy strojového učenia na zmenu dráh skenovania a nastavenia výkonu za behu. Inteligentná knižnica procesov Yunyao Shenwei skombinovala viac ako 100 000 súborov charakteristík materiálu. Jediným kliknutím dokáže nájsť najlepšie riešenie tlače, vďaka čomu je konzistencia veľkosti lepšia v rozmedzí ± 10 μm.
Tlač s viac ako jedným typom materiálu: Aby ste splnili funkčné potreby rôznych častí formy, ako je odolnosť proti opotrebovaniu a tepelná vodivosť, musíte zlepšiť technológiu tlače s gradientom materiálu. Napríklad vrstva zliatiny medi s vynikajúcou tepelnou vodivosťou je položená na povrch konformného kanála, zatiaľ čo hlavná konštrukcia je vyrobená z vysokopevnostnej zliatiny titánu. To sa vykonáva pomocou technológie správy rozhrania materiálov na vytvorenie bezproblémového spojenia.
3. Sledovateľnosť kvality: od kontroly jednej položky až po kontrolu celého procesu
Digitálne dvojča: Vytvorte virtuálne modely pre každé zariadenie, sledujte pracovný stav a nastavenia tlače skutočného zariadenia v reálnom čase a využite technológiu dátového dvojča na varovanie pred možnými problémami skôr, ako sa vyskytnú. Táto technológia pomohla jednému podniku znížiť prestoje zariadení o 40 % a zvýšiť tlačový výkon na 98,5 %.
Kompletný systém vysledovateľnosti kvality procesu, ktorý zahŕňa správu šarží prášku, sledovanie procesu tlače a testovanie hotového produktu, čo všetko tvorí uzavretý{0}}cyklický dátový reťazec. Každá forma má napríklad svoj vlastný digitálny štítok, ktorý možno naskenovať, aby sa zistilo jej tlačové zariadenie, nastavenia parametrov, šarža prášku a správa o testovaní. Vďaka tomu je ľahké nájsť chyby a viesť ľudí k zodpovednosti.
Štandardy pre štandardizované testy: Pomôžte vytvoriť medzinárodné štandardy pre veci, ako sú mechanické vlastnosti (napríklad pevnosť v ťahu a únavová životnosť), rozmerová presnosť (napríklad trojrozmerná analýza odchýlok pomocou CT skenovania), kvalita povrchu (napríklad meranie interferometrom bieleho svetla) a ďalšie. To pomôže odvetviu rásť štandardizovaným spôsobom.
3, Industrialization Practice: Aplikácie vo veľkom meradle od letectva po zdravotníctvo
Musíme otestovať skutočnú hodnotu technologických pokrokov ich využitím v priemysle. V súčasnosti môžu kovové formy na 3D tlač vyrábať série produktov, ktoré sú konzistentné v mnohých-odboroch vyššej kategórie:
Letectvo a kozmonautika: COMAC C929 využíva technológiu SLM na tlač opierok krídel vyrobených z titánovej zliatiny. Dosahuje odchýlku veľkosti ± 15 μm alebo menšiu pri sériovej výrobe 200 kusov pomocou multi-laserovej spolupráce a uzavretej{5}}slučky. Tiež prejde únavovým testom a zníži hmotnosť o 15%. Topológia regeneratívneho chladiaceho kanála zlepšila náporovú komoru rakety SpaceX, čím sa skrátil cyklus tlače z obvyklých 6 mesiacov na 3 týždne a umožnilo sa vykonať 500 testov tepelných cyklov bez zlyhania.
Lekárska forma: 3D{1}}vytlačená forma pre zariadenie na fúziu medzitelových fúzií z poréznej titánovej zliatiny, ktorá skracuje vstrekovací cyklus zo 120 sekúnd na 45 sekúnd a zvyšuje mieru certifikácie produktu z 85 % na 99 %; Na mieru vyrobená zubná korunka zo zliatiny kobaltu a chrómu môže byť prispôsobená len za 2 týždne až 3 dni, a keď je vyrobených 5 000 kusov naraz, veľkosť je vždy v rozmedzí ± 20 μm.
Automobilová forma: Nová firma na výrobu energetických vozidiel použila 3D tlač na výrobu foriem na škatule batérií, čím sa skrátil postup zvárania z 12 na 3 a telo bolo o 20 % tuhšie. Zriadila výrobnú linku 3D tlače, ktorá dokáže vyrobiť 50 000 kusov ročne. Náklady na položku sú o 35 % nižšie ako pri tradičných metódach.