Hogyan érhet el fém 3D-nyomtatással nagy-precíziós formákat?

一, Műszaki elv: a mikro olvadékmedencétől a makro pontosságig, precíz vezérlés
A fém 3D-nyomtatás mögött meghúzódó fő gondolat a fémpor rétegenkénti megolvasztása nagy-energiájú hőforrások felhasználásával. Ez lehetővé teszi, hogy a digitális modellekről egyenesen a valódi alkatrészekre térjünk át. Például a lézeres szelektív olvasztás (SLM) technológia folyamatának négy fő lépése van:
Porszórás: A kétirányú kaparómechanizmus egyenletesen teríti szét a fémport a munkapadon. A bevonat vastagsága nagyon pontosan, 5 és 50 μm között szabályozható, ami alapja a mikrométeres-szintű pontosságnak.
Lézeres szkennelés: Egy f{0}}teta lencse fókuszálja a 200 W-os szálas lézer nagy-energiájú sugarát, hogy 100 μm-nél kisebb átmérőjű foltot hozzon létre. A port egy előre meghatározott útvonalon 3000 mm/s sebességgel olvasztják meg, és az olvadékmedence szélessége a folt átmérőjének két-háromszorosa.
Rétegenkénti halmozás: Minden réteg megolvadása után a munkaasztal egy réteg magasságával leereszkedik, és a porlasztásos olvasztási folyamat addig ismétlődik, amíg a háromdimenziós szilárdanyag-képződés rétegről rétegre halmozódik fel.
A légkör szabályozása: Tartsa a formázókamrát tele inert gázzal, amely kevesebb, mint 0,1% oxigént tartalmaz. Ez megakadályozza a fém oxidációját, és stabilan tartja az anyag teljesítményét.
Ez a rétegenkénti olvasztási módszer lehetővé teszi olyan bonyolult formák létrehozását a formán belül, amelyekkel hagyományos módszerekkel nehéz dolgozni. A Platinum BLT-S400 berendezés például 400 × 300 × 400 mm³ öntvényméret esetén több-lézeres kollaboratív szkenneléssel tudja szabályozni a minimális elemméretet 100 μm-en belül, az eredeti felületi érdesség Ra értékét pedig 8 μm-en belül. Ez hardveres támogatást biztosít a nagyon nagy pontosságú formák készítéséhez.
2, A technológia segítségével a pontosság javításának négy fő módja
1. Rugalmas hűtőcsatorna, amely az egyenletesen eloszló hőtől a pontos hőmérsékletszabályozásig terjed
A tipikus formahűtési rendszer egyenes lyukakat vagy fúrási technológiát alkalmaz, és a hűtővíz kör elrendezése korlátozott. Ez könnyen egyenetlen hőmérséklet-eloszlást okozhat a szerszámban, ami olyan problémákhoz vezethet, mint a termék deformációja és zsugorodása. A fém 3D nyomtatási technológia áttörte ezt az akadályt. A topológia optimalizáló kialakítással a formaüreg formájához tökéletesen illeszkedő, konform hűtőcsatorna készíthető a forma belsejében.
A Platinum Technology BLT-18Ni300 öntőacélt és 3D nyomtatást használ, hogy a hűtővízcsatorna átmérője 2-3 mm, a vízcsatorna távolsága pedig 5-8 mm legyen. Ez lehetővé teszi, hogy a hűtőfolyadék közvetlenül befolyásolja a magas hőmérsékletű területeket. A kísérleti adatok azt mutatják, hogy a továbbfejlesztett hűtőrendszer a hagyományos eljárásoknál alkalmazott 15-20 fokos felületi hőmérséklet-különbséget 5 fok alá csökkentheti, a fröccsöntési ciklust 15-30%-kal csökkentheti, és több mint 10%-kal növelheti a termékhozamot.
2. Könnyű szerkezet: az anyag elvételétől a szerkezet jobbá tételéig
Ha a régi módon{0}}öntőformákat készítünk, a felesleges anyagokat mechanikus megmunkálással távolítják el. Ez erőforrásokba kerül, és megnehezíti a bonyolult belső struktúrák létrehozását. A topológiaoptimalizálási módszerek használatával a fém 3D nyomtatás pontosan eltávolíthatja a felesleges elemeket, miközben a forma erős marad, ami könnyű kialakítást eredményez.
Például miután 3D nyomtatási technológiát használtak egy öntőforma elkészítéséhez egy autóalkatrészhez, a tömeg 35%-kal, az anyagköltség pedig 28%-kal csökkent. Ugyanakkor a könnyű kialakítás kevésbé nehezíti a formát, 40%-kal csökkenti a formacseréhez szükséges időt, és nagymértékben növeli a gyártás hatékonyságát. A nem -teherhordó-részek rácsszerkezetekkel való kitöltésével tovább csökkenthető a tömeg a merevség elvesztése nélkül. Ez egy új módszer a formák könnyebbé tételére.
3. Összetett funkcióintegráció: egy struktúrától több funkcióig
A fém 3D nyomtatás réteges gyártási jellemzőkkel rendelkezik, amelyek lehetővé teszik több funkcionális szerkezet öntőformákba való kombinálását. Például a fröccsöntő öntőformákban a kilökő mechanizmus, a csúszka, a hűtővíz-kör és más alkatrészek egy alkatrészbe kombinálhatók, hogy könnyebb legyen az összeszerelés, és kevesebb a hiba valószínűsége. Az orvosi szerszámok forgatókönyve szerint a 3D-nyomtatással a korábban 12 részből álló formát mindössze 2 részre lehetett összeilleszteni. Ez 8 óráról 1,5 órára csökkentette az öntőforma összeszereléséhez szükséges időt, és a mérettűrést ± 0,02 mm-en belül tartotta.
4. Innováció az anyagok terén: az univerzális ötvözetektől az egyedi anyagokig
A fém 3D nyomtatás sokféle anyaggal használható, beleértve a rozsdamentes acélt, az alumíniumötvözeteket, a titánötvözeteket és a nikkel{1}}alapú ötvözeteket. Az anyagok tulajdonságait is megváltoztathatja a por összetételének megváltoztatásával. Például a repülőgépiparban az Inconel 718-mal, egy nikkel{5}}alapú ötvözetből készült formák még 650 fokos hőmérsékleten is ellenállnak a korróziónak, ami a nagyon nehéz munkakörülményekhez szükséges. Az orvostudományban a titánötvözetek porozitásának (30-70%-ban változtatható) és pórusméretének (200-600 μm) kezelése elősegítheti az implantátumok és az emberi csontok jobb együttműködését, ami sikeresebbé teheti a műtétet.
3. Az utófeldolgozás-technológiája: a durva fröccsöntéstől a tökéletes pontosságig
Annak ellenére, hogy a fém 3D-nyomtatás eredeti formázási pontossága mikrométeres szinten van, az utófeldolgozási technológiát továbbra is hozzá kell{1}}adni, hogy megfeleljen a formafelület minőségére, a méretpontosságra és más dolgokra vonatkozó szigorú szabványoknak.
A hőkezelés olyan eljárás, amely megszabadul a maradék feszültségtől és javítja az anyagok mikroszerkezetét. Néhány példa az oldatos lágyítás és az öregedéskezelés. Például a H13 szerszámacél keménysége 38 HRC-ről 52 HRC-re változhat 1050 fokos oldatkezelést és 620 fokos öregítési kezelést követően. A kopásállósága is sokkal jobb lesz.
Felületkezelés: A felület jobbá tétele érdekében homokfúvást, polírozást, galvanizálást és egyéb módszereket alkalmaznak. A mechanikai polírozás révén egy bizonyos precíziós szerszámház felületi érdessége Ra8 μm-ről Ra0,4 μm-re csökkent. Ez megfelelt az optikai minőségű termékek fröccsöntési szabványainak.
Precíziós megmunkálás: fontos tételek CNC-marása vagy EDM-megmunkálása szigorú mérettűréssel. Például egy bizonyos csatlakozóformát 3D nyomtatással és CNC kompozitgyártással is készítenek, és az illeszkedési hézagot 0,005 mm-en belül tartják, ami a legmagasabb szint a világon.