Aké sú bežné ťažkosti pri post{0}}spracovaní kovovej 3D tlače?

1. Kontrola drsnosti povrchu: prechod od „prírezu“ po „hotový výrobok“
Pretože kovová 3D tlač vytvára veci vo vrstvách, povrch má stupňovitú textúru s drsnosťou (hodnota Ra), ktorá je zvyčajne medzi 6 a 12 μm. Toto je podstatne hrubšie ako tradičné obrábanie, ktoré má hodnotu drsnosti 0,8 až 1,6 μm. Napríklad drsnosť vnútornej steny chladiaceho kanála lopatiek leteckých motorov musí byť udržiavaná pod 3 μm, inak sa výrazne zníži účinnosť prenosu tepla.
Problémy s technológiou:
Zvyšková nosná štruktúra: Nosná konštrukcia, ktorá sa používa počas tlače, aby veci nezmenili tvar, môže po odstránení na povrchu zanechať jamky alebo hrbole.
Priľnavosť prášku: Keď sa častice prášku úplne neroztopia, prilepia sa na povrch, čo sa nazýva "sferoidizácia".
Stopy po medzivrstvovom lepení: Na miestach, kde sa krížia dráhy laserového skenovania, sa môžu vytvárať malé hrbolčeky.
odpoveď:
Chemické leštenie: Použitie kyslých alebo alkalických roztokov na selektívne rozpustenie povrchovej vrstvy môže spôsobiť, že bude hladšia ako 1 μm, ale musíte byť veľmi opatrní, ako dlho ju necháte v roztoku, aby ste predišli prílišnej korózii.
Opracovanie pieskovaním: Jednotný matný povrch sa vytvorí úderom na povrch-vysokorýchlostným prúdom piesku. To je dobré pre zložité konštrukcie vnútorných dutín, ale môže to tiež spôsobiť nové povrchové chyby.
Elektrolytické leštenie: Táto metóda využíva elektrochemické princípy na vyrovnanie povrchu na mikroskopickej úrovni. Môže poskytnúť zrkadlový efekt (Ra<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. Oprava vnútorných defektov: kľúč k tomu, aby boli veci hustejšie a lepšie.
Vnútro kovových 3D tlačených dielov má zvyčajne pórovitosť 0,1 % až 5 %. Tieto drobné chyby môžu spôsobiť tvorbu trhlín, čo značne skracuje únavovú životnosť dielov. Napríklad implantáty z titánovej zliatiny s pórovitosťou väčšou ako 0,5 % nemusia zlyhať pri integrácii s kosťou.
Problémy s technológiou:
Póry: Ak je intenzita lasera príliš nízka alebo prášok obsahuje príliš veľa kyslíka, roztavený bazén sa môže rozpadnúť.
Nedostatočné spojenie: slabé spojenie medzi vrstvami, čo vedie k mikrovrstveniu.
Trhlina: Horúca alebo studená trhlina, ku ktorej dochádza pri zvýšení zvyškového napätia.
odpoveď:
Izostatické lisovanie za tepla (HIP): Materiál je vystavený vysokému tlaku (100–200 MPa) a teplu (900–1200 stupňov). Vďaka tomu zmení tvar, uzavrie vnútorné póry a zvýši svoju hustotu nad 99,9 %. Napríklad úprava HIP strojnásobila únavovú životnosť palivových vstrekovačov v motoroch LEAP vyrobených spoločnosťou GE Aviation.
Miestna infiltrácia: Metóda vákuovej impregnácie vyplní dôležité oblasti kompozitných materiálov na báze kovu-, vďaka čomu je vhodná na upevňovanie štruktúr s tenkými stenami.
Laserové pretavenie: Uskutočnenie druhého skenovania v oblastiach s povrchovými alebo vnútornými defektmi môže pomôcť zlepšiť zrno, ale môže tiež pridať nové tepelné napätie.
3. Riadenie zvyškového napätia: Systémové inžinierstvo na riadenie deformácie
Keď sa kov tlačí 3D, tepelné namáhanie z rýchleho zahrievania a ochladzovania sa môže priblížiť k 50 % až 80 % medze klzu materiálu. To môže spôsobiť zdeformovanie, zlomenie alebo zmenu tvaru dielov. Zvyškové napätie môže pri veľkých rámových konštrukciách spôsobiť niekoľkomilimetrovú deformáciu, čo je výrazne nad prijateľnou hranicou.
Problémy s technológiou:
Nerovnomerné rozloženie napätia: Zložité geometrické tvary spôsobujú veľké zmeny teplotných gradientov.
Efekt obmedzenia substrátu: Napätie sa vytvára v mieste, kde sa komponent stretáva so substrátom, čo môže ľahko spôsobiť delamináciu medzivrstvy.
Výzva pre tlač viacerých{0}}materiálov: Skutočnosť, že rôzne materiály sa rozťahujú rôznou rýchlosťou, urýchľuje narastanie napätia.
odpoveď:
Pred tlačou zahrejte substrát na 200 až 500 stupňov Celzia, aby ste znížili teplotný rozdiel. Napríklad stroje série Precision od Yunyao Shenwei majú funkciu predhrievania substrátu na 500 stupňov, ktorá znižuje možnosť praskania tlačených dielov vyrobených z titánovej zliatiny.
Optimalizácia stratégie skenovania: Použite „skenovanie ostrovov“ alebo „skenovanie šachovnice“ na rozloženie vneseného tepla a zabránenie jeho prehriatiu na jednom mieste.
Žíhanie na zmiernenie napätia: Po dokončení tlače sa izolácia vykoná pri 600 až 700 stupňoch, aby sa zbavilo viac ako 80% napätia, ktoré tam stále je.
4. Záruka rozmerovej presnosti: krok vpred od „približného tvarovania“ k „sieťovému tvarovaniu“
Kovová 3D tlač je zvyčajne presná s presnosťou ± 0,1 mm, ale pri kusoch, ktoré musia byť veľmi presné, ako sú ozubené kolesá, je potrebné ďalšie opracovanie. Je však veľmi ťažké pracovať so zložitými štruktúrami vnútorných dutín, ako sú mriežkové štruktúry, a štandardné frézovanie alebo obrábanie elektrickým výbojom (EDM) by mohlo poškodiť vnútornú štruktúru.
Problémy s technológiou:
Deformácia zmršťovaním: Keď kov ochladzuje, zmršťuje sa v objeme, čo spôsobuje zmenu rozmerov.
Zasahovanie od nosných konštrukcií: Zvyšková podpora sťažuje nájdenie referenčnej roviny obrábania.
Tenkostenné -štruktúry nie sú dostatočne tuhé, preto vibrácie pri spracovaní môžu nástroje ľahko zlomiť.
odpoveď:
Kompenzácia navrhovania: Nastavte veľkosť zmrštenia v modeli CAD vopred (zvyčajne medzi 0,2 % a 0,5 %) a skontrolujte opravu jej vytlačením viackrát.
Päť{0}}osové spojovacie obrábanie: LASERTEC 65 3D zariadenie DMG MORI je príkladom viac-osového CNC obrábacieho stroja, ktorý dokáže súčasne tlačiť aj frézovať.
Elektrochemické obrábanie (ECM) je metóda odstraňovania materiálov bez potreby mechanickej reznej sily. Je vhodný na presné obrábanie tenkostenných-konštrukcií.
5. Kompatibilita s viacerými materiálmi: problém s funkčne odstupňovanými materiálmi
Kovová 3D tlač sa pomaly posúva smerom k viac{1}}kompozitu z viacerých materiálov, aby sa splnili požiadavky na nízku hmotnosť, odolnosť proti korózii a vodivosť. Ale skutočnosť, že rôzne materiály majú rôzne body topenia a koeficienty tepelnej rozťažnosti, znamená, že pevnosť väzby medzi nimi nie je dostatočne pevná, čo môže rýchlo viesť k delaminácii alebo praskaniu.
Problémy s technológiou:
Krížová{0} kontaminácia prášku: Zvyškový prášok v priehradkách na tlač s viacerými materiálmi zhoršuje čistotu materiálov.
Konflikt parametrov procesu: rôzne materiály musia byť prispôsobené meniacemu sa výkonu lasera, rýchlosti skenovania a iným nastaveniam.
Výkon rozhrania sa zhoršuje: krehké fázy sa vyskytujú rýchlo tam, kde sa stretávajú rôzne materiály.
odpoveď:
Modulárny systém dodávky prášku: Napríklad zariadenie série RESEARCH od Yunyao Shenwei má nezávislé zásobníky prášku, ktoré vám umožňujú prepínať medzi rôznymi vrstvami materiálu.
Predspracovanie rozhrania: Použite laserové čistenie alebo plazmové striekanie, aby sa rozhranie lepšie prilepilo.
Optimalizácia numerickej simulácie: Pomocou softvéru ANSYS alebo COMSOL modelujte, ako tepelné a mechanické vlastnosti rôznych materiálov interagujú počas procesu tlače. To vám pomôže nastaviť správne parametre.
6. Nájdenie správnej rovnováhy medzi nákladmi a efektívnosťou: Najväčší problém-výroby vo veľkom meradle
Kovová 3D tlač stojí 30 % až 70 % celkových nákladov na produkt a čas spracovania je dlhý (zvyčajne 2–5-násobok času tlače), čo sťažuje použitie v hromadnej výrobe. Napríklad tradičný postup odlievania bloku valcov motora automobilu stojí približne 500 juanov za kus. Na druhej strane náklady na 3D tlač a následné spracovanie- môžu byť viac ako 3 000 juanov.
Problémy s technológiou:
Vysoké náklady na vybavenie: špičkové{0}}päť{1}}osové obrábacie centrá stoja viac ako 5 miliónov juanov, zatiaľ čo vybavenie HIP môže stáť až 20 miliónov juanov.
Dĺžka procesnej reťaze: Musíte vykonať niekoľko krokov v poradí, ako je zahrievanie, rezanie drôtu, odstránenie podpery, leštenie a opätovné leštenie.
Nízka úroveň automatizácie: Po-spracovanie zložitých dielov je stále potrebná manuálna práca, čo znižuje efektivitu.
odpoveď:
Inteligentná integrácia výrobných liniek: Pomocou vozíkov AGV prepojte 3D tlačiarne, pece na tepelné spracovanie a obrábacie centrá, aby celý proces prebiehal automaticky. Napríklad zariadenie BLT-S800 od spoločnosti Platinum Technology ponúka vstavané-možnosti online detekcie a adaptívneho spracovania.
Aditívna výroba: Ak chcete znížiť počet fáz, ktoré prichádzajú po tlači, synchronizujte čiastočné obrábanie počas procesu tlače. Stroje INTEGREX i-400AM od Mazaku dokážu prepínať medzi laserovým plátovaním a frézovaním.
Digitálne plánovanie procesov: Pomocou softvéru Siemens NX alebo Magics nájdete najlepšiu cestu obrábania a skrátite čas nečinnosti.