Ako zlepšiť rozmerovú presnosť v kovovej 3D tlači?

Prečo je rozmerová presnosť v Metal AM komplikovanejšia, než sa zdá

Medzera medzi špecifikáciami stroja a skutočnou{0}}svetovou presnosťou

Bežnou chybou je pri pohľade na hárok so špecifikáciami stroja, že vidíte „umiestnenie lasera ± 0,05 mm“ a predpokladáme, že diel bude mať rovnakú toleranciu. V skutočnosti je presnosť zariadenia len jedným faktorom.

Podľa údajov spoločnosti EOS GmbH, približne 60 % problémov s presnosťou tlače kovov pochádza zo zmršťovania materiálu a tepelnej deformácie, nie z optickej lavice stroja. Zatiaľ čo ISO/ASTM 52900 definuje terminológiu pre aditívnu výrobu, dosiahnutie špičkových-výsledkov si vyžaduje ísť nad rámec štandardných definícií.

Tip pre profesionálov: Pravidlo presnosti
Štandardné diely SLM/DMLS sa zvyčajne pohybujú v rozmedzí ±0,1–0,2 mm. Dosiahnutie tolerancií užších ako ±0,05 mm je zriedka možné „ako-vytlačené“ a takmer vždy si vyžaduje kombináciu simulácie-riadeného dizajnu a CNC post{6}}obrábania.

Sedem faktorov, ktoré určujú konečnú presnosť

Zmršťovanie materiálu: Fyzické zmršťovanie3D kovový materiálako tuhne.

Zvyškové napätie: Vnútorné napätie vznikajúce počas rýchlych chladiacich cyklov.

Stratégia skenovania: Cesta, ktorou laser roztopí prášok (napr. šachovnica vs. prúžky).

Orientácia zostavy: Ako je diel naklonený vzhľadom na prelakovač a os Z{0}}.

Návrh podpory: Ako efektívne je časť ukotvená, aby odvádzala teplo.

Tepelné spracovanie: Načasovanie cyklov odbúrania stresu.

Následné{0}}spracovanie: Vypočítaný odber materiálu z CNC dokončovania alebo otryskania.

Tabuľka 1: Typická rozmerová presnosť procesu Metal AM

Faktor č. 1: Zmrštenie materiálu a pred{1}}kompenzácia

Každý kov sa pri izbovej teplote zmršťuje, keď prechádza z kvapalného stavu do pevného. Nie všetky kovové materiály na 3D tlač sa však zmenšujú rovnakou rýchlosťou.

Každý kov sa zmršťuje{0}}Ale hliník je najťažší

Nerezová oceľ 316L sa zvyčajne zmršťuje o 0,8 – 1,2 %.3D tlač na hliník(AlSi10Mg) čelí oveľa vyššej miere zmrštenia 1,2–2,0 %. Vysoký koeficient tepelnej rozťažnosti (CTE) hliníka znamená, že je dvakrát pravdepodobnejšie, že sa zdeformuje ako titán.

Riešenie: databázy škálovania a kompenzácie

Profesionálni dodávatelia používajú test „prvého článku“ na kalibráciu skutočného zmrštenia na konkrétnom stroji. Zväčšením mierky CAD modelu (napr. 1,012x) v rezacom softvéri sa súčiastka "stiahne" do svojich cieľových rozmerov. Kalibrovaná kompenzácia môže zlepšiť presnosť o 40–60 %.

Faktor č. 2: Zvyškový stres a stratégia skenovania

Ako zvyškový stres ničí toleranciu

Keď laser roztaví vrstvu, chladiaci kov sa chce stiahnuť, ale je „zadržaný“ pevnými vrstvami pod ním. To vytvára zvyškové ťahové napätie. Keď sa diel odreže zo základnej dosky, toto napätie sa uvoľní, čo spôsobí prehnutie plochých povrchov.

Oprava: Skenovanie šachovnice

Rozbitie oblasti taveniny na malé štvorce (ostrovčeky) namiesto dlhých čiar spôsobí rozloženie tepla. Tým sa zníži zvyškové napätie o 30 – 45 % a váš 3D kovový materiál sa nevytiahne zo špecifikácie.

Faktor č. 3: Vybudujte stratégiu orientácie

Jedným z najdôležitejších pravidiel presnosti výroby kovových prísad je pravidlo kritických rozmerov.

Odchýlka osi Z: Presnosť v smere Z je obmedzená hrúbkou vrstvy (zvyčajne 30–50 µm). Chyba osi Z je zvyčajne o 20 % vyššia ako chyba XY v dôsledku „efektu schodiska“.

Pravidlo: Najkritickejšie rozmery a otvory s vysokou{0}}presnosťou vždy umiestnite do roviny XY. Ak je os diery vodorovná, „strop“ diery sa pravdepodobne prehne, čo si vyžaduje značné dodatočné spracovanie-, aby sa obnovila kruhovosť.

Faktor č. 4: Simulácia-Driven Design (DfAM)

Rovnomernosť hrúbky steny

Nerovnomerné chladenie je nepriateľom presnosti. Ak má jedna časť vašej časti hrúbku 2 mm a susedná časť 10 mm, tepelný gradient vytiahne časť zo zarovnania.

Pred-simulácia skreslenia

Pokročilé služby 3D tlače na presnú kov teraz využívajú softvér-riadený AI, ako je Autodesk Netfabb alebo Materialize Magics Simulation. Tieto nástroje presne predpovedajú, ako sa dielec zdeformuje, a umožňujú inžinierom „pred-deformovať“ CAD v opačnom smere.

Výsledok: Diel sa počas zostavovania skrúti do správneho tvaru.

Faktor č. 5: Po-spracovaní a záverečnom overení

CNC Post-Obrábanie: Zlatý štandard

Môže sa kovová 3D tlač vyrovnať presnosti CNC obrábania? Priamo? Nie. Ale ako hybridný proces? áno. Ponechaním vypočítaných okrajov na kritických plochách môže CNC fréza dokončiť diel s presnosťou ±0,01 mm.

Odporúčané prídavky na obrábanie:

Hliník/Nerez: +0.3 mm až +0.5 mm na kritických plochách.

Titán/Inconel: +0.4mm až +0.6mm (kvôli vyššiemu opotrebovaniu a namáhaniu nástroja).

Meranie a overovanie

Aby ste zabezpečili splnenie prísnej tolerancie vlastných kovových 3D tlačových dielov, použite správne nástroje:

CMM (súradnicový merací stroj): Pre vonkajšie rozmery a polohy otvorov.

CT skenovanie: Rozhodujúce pre interné kanály, ktoré sonda CMM nemôže dosiahnuť.

FAI (Inšpekcia prvého článku): Povinné pre letectvo (AS9102) na overenie procesu pred úplným spustením výroby.

Kontaktujte teraz

Zlepšenie rozmerovej presnosti v kovovej 3D tlači je viac{1}}kroková inžinierska výzva. Od výberu vpravoKovové materiály na 3D tlačpri implementácii simulácie pred{0}}skreslenia a CNC dokončovania ovplyvňuje každé rozhodnutie konečný mikrón.

Stroj získa uznanie, keď je diel dokonalý-, ale o tom, či sú splnené vaše tolerancie, rozhoduje technický proces za strojom.

Potrebujete diely s úzkymi toleranciami? Odošlite svoje CAD súbory na komplexnú analýzu DFM. Náš tím sa špecializuje na vysoko{1}}presné zostavy a môže poskytnúť podrobnú stratégiu na dosiahnutie vašich špecifických požiadaviek na toleranciu.