Ako zabrániť skresleniu tenkých{0}}stenových kovových častí motora vytlačených 3D tlačou

Dokončíte ľahký sací komponent alebo tenkostenný kryt motora{0}, odošlete ho na kovovú 3D tlač a diel sa vráti s kritickou stenou pokrivenou o 0,2 – 0,3 mm. Už nesedí plocho ani sa nezarovnáva s protiľahlými časťami. Pri tenkostenných kovových prídavných súčiastkach sa to stáva pravidelne, najmä ak nie je od začiatku zvládnuté zvyškové napätie.

Skreslenie nie je záhadné. Vychádza z predvídateľného tepelného správania a ovládacie prvky sú tiež predvídateľné. Nižšie je praktický pohľad na to, prečo k tomu dochádza a čo vlastne funguje na udržanie tenkostenných komponentov motora v rámci použiteľnej tolerancie.

Prečo sa tenké-steny deformujú

V DMLS alebo SLM laser roztaví malý objem prášku pri vysokej teplote, potom sa materiál extrémne rýchlo ochladí. Okolitý prášok a stuhnutý kov zostávajú oveľa chladnejšie. Tento prudký teplotný rozdiel vytvára zvyškové napätie.

Najviac trpia tenké steny, pretože majú nízku tuhosť a obmedzené cesty pre únik tepla. Opakovane sa objavujú tri problémy:

Zvyškové napätie zablokované opakovanými{0}}cyklami ochladzovania topenia

Príliš slabé alebo zle umiestnené podpery, takže časť sa môže počas chladenia vytiahnuť z tvaru

Hromadenie tepla v štíhlych častiach, ktoré nedokážu dostatočne rýchlo odvádzať tepelnú energiu

Keď sa tieto faktory skombinujú, stena, ktorá v modeli CAD vyzerala perfektne, sa môže ľahko posunúť natoľko, že sa montážne plochy alebo tesniace plochy dostanú mimo tolerancie.

Najprv si urobte dizajn steny
Rovnomerná hrúbka sa správa lepšie ako náhle skoky z hrubého na tenké. Pridanie ľahkých rebier alebo zaoblení v-nekritických oblastiach často zvyšuje tuhosť počas stavby bez toho, aby došlo k zničeniu cieľovej hmotnosti. Veľké ploché nepodporované rozpätia sú častými problémovými zónami-ich rozbitie alebo správne podopretie. Toto sú základy použiteľných pokynov na navrhovanie tenkostenných kovových 3D tlače.

Orientujte časť s ohľadom na stres
Vertikálne alebo šikmé orientácie pre kritické tenké steny zvyčajne zmenšujú plochu, ktorá sa taví v každom okamihu a menia sa tam, kde sa koncentruje zvyškové napätie. Orientácia tiež rozhoduje o tom, ktoré povrchy budú niesť podporné značky, takže funkčné tváre si vyžadujú včasnú pozornosť.

Použite podpery ako kotvy a tepelné cesty
Podpery tu nie sú len na to, aby zabránili pádu dielu. Vo vysoko-namáhaných zónach potrebujú dostatočný prierez-, aby odolali ťahovým silám a viedli teplo. Rovnomerne tenké podpery často zlyhávajú presne na miestach, na ktorých záleží najviac.

Ovládajte parametre a použite predhrievanie, ak je k dispozícii
Stabilné, overené sady parametrov pre konkrétnu zliatinu a stroj sú dôležitejšie ako neustále majstrovanie. Predhrievanie substrátu znižuje teplotnú medzeru medzi taveninou a zvyškom dielu, čo priamo znižuje zvyškové napätie.

Uvoľnite-stres, kým je diel ešte na tanieri
Tento jediný krok zabráni veľkému podielu neskoršej{0}}fázy deformácie. Tepelné spracovanie uvoľňuje napätie, zatiaľ čo stavebná doska stále drží geometriu. Častým dôvodom skreslenia, keď diel vyzerá na stroji dobre, je najskôr odrezanie dielu a potom tepelné spracovanie-.

Zliatiny titánu ako Ti-6Al-4V vedú teplo zle v porovnaní s mnohými oceľami alebo zliatinami hliníka. Teplo zostáva lokalizované dlhšie, takže zvyškové napätie môže byť vyššie. Rovnaké metódy ovládania-premyslený dizajn, orientácia, robustné podpery, parametrická disciplína a doštičkové{10}}odľahčenie od napätia sa vzťahujú priamo na 3D vytlačené lekárske implantáty z titánových zliatin. Tieto časti majú tiež tenké steny, zložité mriežky a nulový priestor pre rozmerový posun. Skúsenosti získané na tenkostenných súčiastkach motora sa dobre prenášajú na prácu s lekárskymi implantátmi a naopak.

Kovová 3D tlač vám poskytne takmer-čistý tvar. Zvyčajne neposkytuje konečné tolerancie na tesniacich plochách, dosadacích plochách alebo presných montážnych bodoch. Tieto funkcie takmer vždy vyžadujú CNC obrábanie. Rovnaký hybridný prístup je štandardom pre presné CNC obrábané medicínske produkty: aditívna výroba vytvára komplexnú geometriu a CNC prináša kritické povrchy do špecifikácií. Navrhnutie vytlačeného polotovaru s vhodným obrábacím materiálom na kľúčových plochách robí kombináciu efektívnou.

Na jednom tenkostennom -jednotnom motore z titánovej zliatiny-súvisiacemu komponentu vykazovali prvé zostavy deformáciu približne 0,25 mm na montážnej ploche po odstránení podpery. Hrúbka steny v dotknutej oblasti bola pod 1,5 mm a pôvodná orientácia ponechávala veľké horizontálne rozpätie.

Upravený prístup zahŕňal jednotnejšie prechody stien, pridané miestne vystuženie, lepšiu orientáciu konštrukcie, pevnejšie podpery v zóne vysokého-namáhania, uvoľnenie napätia, kým je stále pripevnené k konštrukčnej doske, a zámerné obrábanie na kritickej ploche. Po CNC dokončení sa montážna plocha dostala do požadovanej tolerancie a diel sa bez problémov zmontoval. Zlepšenie vyplynulo zo zaobchádzania s dizajnom, procesom, tepelným spracovaním a obrábaním ako s jedným systémom a nie so samostatnými krokmi.

Nie každý výrobca kovovej 3D tlače alebo továreň na kovovú 3D tlač zvláda prácu s tenkými-stenami rovnako dobre. Medzi užitočné signály patria:

Preukázaná skúsenosť s tenkostennými-geometriami a zliatinami, ktoré skutočne používate

Vnútorné alebo úzko súvisiace{1}}odstránenie stresu, v prípade potreby možnosť HIP a CNC dokončovanie

Správne kontrolné nástroje a zvyk kontrolovať zvyškový-účinok stresu

Zdokumentované riadenie procesu, nie jedno{0}}odhadovanie parametrov

Schopnosť prejsť od prototypu k malým{0}}sériovým alebo veľkoobchodným zákazkovým kovovým 3D tlačeným dielom bez straty kvality-

Obchod, v ktorom sa diskutuje o riziku deformácie a úpravách dizajnu včas, je zvyčajne spoľahlivejší ako obchod, ktorý jednoducho uvádza cenu za diel.