Hogyan lehet a fém 3D nyomtatást és a CNC megmunkálást a legésszerűbb módon kombinálni?

一, Technológiai komplementaritás: logikus váltás az „ellenzékről” a „szimbiózisra”
A fém 3D nyomtatás (például SLM/DMLS technológiával) lézer segítségével rétegenként olvasztja meg a fémport, így lehetővé válik bonyolult belső szerkezetek egyidejű felépítése. Fő előnyei a következők:
Áttörés a szerkezeti szabadságfokokban: rácsos struktúrákat, konform hűtőcsatornákat, egyenetlen felületeket és egyéb olyan dolgokat készíthet, amelyekre a tipikus CNC gépek nem. Például egy bizonyos hidraulikus szeleptest lépcsőzetes olajköröket kap a 3D nyomtatás révén, ami 300%-kal bonyolultabbá teszi az áramlási csatornát. A CNC megmunkáláshoz sok bilincsre van szükség, és nehéz megbizonyosodni a tömítésről.
Az additív gyártás nem pazarol semmilyen anyagot, és az anyagfelhasználási arány 90% felett is lehet, ami jóval nagyobb, mint a CNC megmunkálás 50-70%-a.
A gyors iteráció képessége: A digitális modell megváltoztatása után azonnal kinyomtatható anélkül, hogy újraformázni kellene. Ezzel hónapokról napokra csökkenti az új termékek kifejlesztéséhez szükséges időt.
A 3D nyomtatás kezdeti pontossága (± 0,04 mm) és felületi érdessége (Ra12,5 μm) azonban megnehezíti a nagy pontosságú összeszerelési igények kielégítését. Ekkor válik nagyon fontossá a CNC megmunkálás:
Méretkorrekció: A nyomtatás során fellépő zsugorodási deformáció pótlására a szerszámgép vezetőfelületét ± 0,02 mm-es pontossággal kell marni.
Felületkezelés: A precíziós marással a felületi érdesség Ra12,5 μm-ről öntött állapotban Ra1,6 μm-re emelkedik, tükörfényezéssel pedig Ra0,2 μm-re.
Főbb jellemzők a megmunkálás: A CNC kiválóan alkalmas mindenféle helyi megmunkálásra, például nagy pontosságú véglapok és nagy pontosságú menetes furatok készítésére.
2, Gyakori felhasználási eset, amikor bonyolult szerkezeti és pontossági követelményeknek kell megfelelnie.
1. A repülőgépiparban egyensúlyt kell teremteni a könnyűség és a nagy súly elviselése között.
Az egyik repülőgépipari vállalkozás a "3D nyomtatás+CNC" módszert használja a motor égéstereinek gyártásához:
3D nyomtatási folyamat: Bonyolult formák nyomtatása konform hűtőcsatornákkal az Inconel 718-ból, egy nikkel-alapú, magas hőmérsékletű-ötvözetből. Ezáltal a szerkezetek 35%-kal könnyebbek, és akár 1200 fokos hőmérsékletet is képesek elviselni.
CNC-folyamat: A tömítőfelület ultraprecíz-megmunkálása 0,01 mm-es síkságig, hogy megbizonyosodjon arról, hogy az jól működik-nagy nyomású helyzetekben.
Hatásellenőrzés: A gyártási ciklus 60%-kal rövidebb, mint a szabványos öntési és hegesztési módszereknél, a kifáradási élettartam pedig kétszer hosszabb.
2. Orvosi implantátumok: a személyre szabottság és a biokompatibilitás keveréke
Hogyan készülnek a titánötvözetből készült ortopédiai implantátumok:
3D nyomtatás: A páciens CT-adatainak felhasználásával nyomtasson ki egy porózus femorális szárat, amelynek porozitása 60–80%, pórusmérete 200–500 μm. Ez utánozza a természetes csonttrabekulák alakját.
CNC megmunkálás: a csontvelő üregét érintő kúpos illeszkedő felület precíz marása, hogy megbizonyosodjon arról, hogy az megfelel a H7 szint tűréshatárának és a biológiai rögzítésnek.
Felületkezelés: A homokfúvás és az eloxálás durvábbá teszi a felületet, ami segíti a csontsejtek megtapadását.
3. Ipari formák: jó egyensúly a bonyolult áramlási csatornák és a jó hűtés között
Egy bizonyos szerszámgyártó cég vegyes gyártási megoldást alkalmaz:
A 3D nyomtatás egy öntőforma magot készít három réteg belső hűtőcsatornával egyszerre. Ez 30%-kal hatékonyabbá teszi a hűtést, és kijavítja a szivárgás problémáját, amely a szabványos blokkillesztésnél előfordul.
CNC megmunkálás: polírozza le az elválasztó felületet Ra0,4 μm-re, hogy megkönnyítse a műanyag alkatrészek eltávolítását.
Költség-összehasonlítás: A darabonkénti költség 42%-kal csökkent, és nem kell aggódni a hegesztési deformációból származó penészhulladék miatt.
3. A folyamatintegráció útja: a teljes folyamat fejlesztése a tervezéstől az utólagos feldolgozásig
1. Tervezési fázis: A topológia optimalizálása a gyártási folyamat korlátaitól függően.
DFAM (Design for Additive Manufacturing): rácsszerkezet-generáló módszerrel a súly felére csökkentése, a szilárdság megtartása mellett.
Fenntartott megmunkálási ráhagyás: Tegyen félre 0,3–0,5 mm-t a CNC-simítást igénylő elemekhez, mint például az összeszerelési felületek és a furatok elhelyezése. Ez megakadályozza, hogy a nyomtatási rétegminták befolyásolják a pontosságot.
A tartószerkezet optimalizálása: Használjon szimulációs elemzést a támogatás mennyiségének csökkentésére, miközben gondoskodik arról, hogy a CNC-szerszámok továbbra is könnyen hozzáférhetők legyenek. Például egy bizonyos repülési konzol támasztékát a nem-megmunkált felületre helyezik, ami 30%-kal csökkenti a CNC megmunkálási időt.
2. Nyomtatási szakasz: Együttműködés a beállítások szabályozásán és az utó{1}}feldolgozáson
Choose spherical powder (flowability>30s/50g), hogy a por egyenletesebben oszlik el, és a porozitás 0,5% alá csökkenjen.
A hőkezelési technika magában foglalja a feszültségmentesítő izzítást 650 fokon 2 órán keresztül és a forró izosztatikus préselést (HIP), hogy a sűrűséget 99,9% fölé emelje.
Irányszabályozás: Használja a Magics szoftvert, hogy megtalálja a legjobb szöget az elemek elhelyezéséhez, hogy csökkentse a függesztett szerkezetekhez szükséges alátámasztást.
3. A CNC megmunkálási szakasz: öt-tengelyes összekapcsolás és intelligens kompenzáció
Öt-tengelyű megmunkáló központ: A Siemens 840D rendszer összetett felületek egy menetben történő rögzítésére és megmunkálására szolgál, ami megakadályozza a pozicionálási hibákat.
Digitális iker technológia: Vericut szimuláció segítségével megjósolható, hogy a megmunkálás hogyan fog változni, és idő előtt módosítani kell a modellt. Például a szimuláció egy adott turbinalapát kontúrpontosságát ± 0,05 mm-ről ± 0,02 mm-re javította.
A gép ellenőrzése: Renishaw szondák segítségével valós időben figyelheti a megmunkálási méreteket, és kijavíthatja a szerszámkopás miatt előforduló hibákat.
4. Felületkezelés szakasza: funkcionalizálás és ornamentika ötvözése
Homokfúvás kezelés: Használjon 120 mesh üveggyöngyöt a felületi érdesség Ra3,2 μm növeléséhez, hogy a bevonat jobban tapadjon.
Mikroíves oxidáció: Készítsen 10 μm vastag kerámia bevonatot a titánötvözet felületére. A fólia 1000HV kemény és ötször jobban ellenáll a kopásnak.
PVD bevonat: A TiN bevonat felvitele keményebbé teszi a felületet (2200 HV), és aranyszínű megjelenést kölcsönöz neki.