Melyek a gyakori nehézségek a fém 3D-nyomtatás{0}}utófeldolgozása során?

1. Felületi érdesség szabályozása: "üresről" a "kész termékre"
Mivel a fém 3D-nyomtatás rétegenként építi fel a dolgokat, a felület lépcsőzetes textúrája van, amelynek érdessége (Ra-értéke) általában 6 és 12 μm között van. Ez lényegesen durvább, mint a hagyományos megmunkálás, amelynek érdességértéke 0,8-1,6 μm. Például a repülőgépmotorok lapátjainak hűtőcsatornája belső falának érdességét 3 μm alatt kell tartani, különben ez jelentősen csökkenti a hőátadás hatékonyságát.
Problémák a technológiával:
Maradék tartószerkezet: A nyomtatás során alkalmazott tartószerkezet, amely megakadályozza a dolgok alakjának megváltoztatását, levétele után gödröket vagy ütéseket hagyhat a felületen.
Por tapadás: Ha a porszemcsék nem olvadnak el teljesen, a felülethez tapadnak, amit "szferoidizációnak" neveznek.
Rétegközi kötési nyomok: A lézeres szkennelési utak kereszteződésénél kis dudorok keletkezhetnek.
Válasz:
Kémiai polírozás: Ha savas vagy lúgos oldatokat használnak a felületi réteg szelektív feloldására, az 1 μm-nél simább lesz, de nagyon óvatosnak kell lennie azzal kapcsolatban, hogy mennyi ideig hagyja az oldatban, hogy elkerülje a túl sok korróziót.
Homokfúvás kezelés: Egyenletes matt felület jön létre, ha a felületet nagy-sebességű homokáramlással érjük el. Ez jó bonyolult belső üreges kialakításokhoz, de új felületi hibákat is okozhat.
Elektrolitikus polírozás: Ez a módszer elektrokémiai elveket alkalmaz a felület mikroszkopikus szinten történő kiegyenlítésére. Tükörhatást biztosíthat (Ra<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. Belső hibák javítása: a kulcs a dolgok sűrűbbé és jobbá tételéhez.
A fém 3D nyomtatott részek belsejének porozitása általában 0,1% és 5% között van. Ezek az apró hibák repedéseket okozhatnak, ami nagymértékben lerövidíti az alkatrészek kifáradási élettartamát. Előfordulhat például, hogy a 0,5%-nál nagyobb porozitású titánötvözetből készült implantátumok nem tudnak integrálódni a csontba.
Problémák a technológiával:
Pórusok: Ha a lézer intenzitása túl alacsony, vagy a porban túl sok az oxigén, az olvadt medence felszakadhat.
Nem elég fúzió: gyenge kötés a rétegek között, ami mikrorétegződéshez vezet.
Repedés: Meleg vagy hideg repedés, amely akkor következik be, amikor a maradék feszültség felhalmozódik.
Válasz:
Meleg izosztatikus préselés (HIP): Az anyagot nagy nyomás (100-200 MPa) és hő (900-1200 fok) alá helyezik. Ez megváltoztatja alakját, bezárja a belső pórusokat, és 99,9% fölé emeli a sűrűségét. Például a HIP-kezelés megháromszorozta a GE Aviation által gyártott LEAP-motorok üzemanyag-befecskendező szelepeinek kifáradási élettartamát.
Helyi beszivárgás: A vákuumos impregnálási módszer a fém-alapú kompozit anyagok fontos területeit tölti ki, így alkalmas vékony falú szerkezetek rögzítésére.
Lézeres újraolvasztás: A felületi vagy belső hibákkal rendelkező területeken végzett második szkennelés javíthatja a szemcséket, de új termikus feszültségeket is hozzáadhat.
3. Maradék stressz kezelése: Rendszertervezés a deformáció szabályozására
Fém 3D nyomtatása esetén a gyors felmelegedésből és lehűlésből származó hőfeszültség megközelítheti az anyag folyáshatárának 50-80%-át. Ez az alkatrészek eltorzulását, törését vagy alakváltozását okozhatja. A nagy vázszerkezeteknél a maradó feszültség több milliméteres deformációt idézhet elő, ami jóval meghaladja a megengedettet.
Problémák a technológiával:
Egyenetlen feszültségeloszlás: Az összetett geometriai formák nagy változásokat okoznak a hőmérsékleti gradiensekben.
Aljzatkényszer hatás: A komponens találkozási pontján a hordozóanyaggal feszültség keletkezik, ami könnyen rétegközi leválást okozhat.
Több-anyagú nyomtatási kihívás: Az a tény, hogy a különböző anyagok eltérő sebességgel tágulnak, gyorsabbá teszi a stressz felhalmozódását.
Válasz:
Nyomtatás előtt melegítse fel a hordozót 200 és 500 Celsius-fok közötti hőmérsékletre, hogy csökkentse a hőmérséklet-különbséget. Például a Yunyao Shenwei Precision sorozatú gépei 500 fokos szubsztrát előmelegítő funkcióval rendelkeznek, amely csökkenti a titánötvözetből készült nyomtatott részek repedésének esélyét.
A szkennelési stratégia optimalizálása: Használja a "szigeti pásztázást" vagy a "sakktábla pásztázást" a hőbevitel szétterítésére, és megakadályozza, hogy egy helyen túlmelegedjen.
Feszültségmentesítő izzítás: A nyomtatás befejezése után 600-700 fokos szigeteléskezelést végeznek, hogy a még mindig fennálló feszültség több mint 80%-ától megszabaduljon.
4. Garancia a méretpontosságra: előrelépés a "közelítő öntéstől" a "hálós formázásig"
A fém 3D-nyomtatás pontossága általában ± 0,1 mm-en belül van, de az olyan darabok esetében, amelyeknek nagyon pontosnak kell lenniük, mint például az óra fogaskerekei, további megmunkálásra van szükség. De nagyon nehéz bonyolult belső üreges szerkezetekkel dolgozni, ilyen rácsos szerkezetekkel, és a szabványos marás vagy elektromos kisülési megmunkálás (EDM) károsíthatja a belső szerkezetet.
Problémák a technológiával:
Zsugorodási deformáció: A fém lehűlésekor térfogata zsugorodik, ami a méretek változását okozza.
Tartószerkezetek által okozott interferencia: A maradék alátámasztás megnehezíti a megmunkálási referenciasík megtalálását.
A vékony{0}}falú szerkezetek nem elég merevek, ezért a feldolgozási rezgések könnyen eltörhetik a szerszámokat.
Válasz:
Kompenzáció tervezése: Állítsa be előre a zsugorodás mértékét a CAD modellben (általában 0,2% és 0,5% között), és ellenőrizze a javítást többszöri kinyomtatással.
Öt-tengelykapcsolós megmunkálás: A DMG MORI LASERTEC 65 3D berendezése egy olyan több-tengelyű CNC szerszámgép, amely egyszerre képes nyomtatni és marni.
Az elektrokémiai megmunkálás (ECM) az anyagok eltávolításának módszere mechanikus forgácsolóerő nélkül. Vékony falú szerkezetek precíziós megmunkálására alkalmas.
5. Kompatibilitás több anyaggal: probléma a funkcionálisan osztályozott anyagokkal
A fém 3D nyomtatás lassan halad a több-anyagú kompozit irányába, hogy megfeleljen a könnyű súly, a korrózióállóság és a vezetőképesség követelményeinek. De az a tény, hogy a különböző anyagok eltérő olvadásponttal és hőtágulási együtthatóval rendelkeznek, azt jelenti, hogy a köztük lévő kötési szilárdság nem elég erős, ami gyorsan delaminációhoz vagy repedéshez vezethet.
Problémák a technológiával:
A por kereszt-szennyeződése: A több anyagú nyomtatáshoz használt rekeszekben lévő maradék por rontja az anyagok tisztaságát.
Folyamatparaméter-ütközés: a különböző anyagokat a változó lézerteljesítménnyel, szkennelési sebességgel és egyéb beállításokkal kell egyeztetni.
Az interfész teljesítménye romlik: a különböző anyagok találkozásánál gyorsan törékeny fázisok lépnek fel.
Válasz:
Moduláris porellátó rendszer: Például a Yunyao Shenwei RESEARCH sorozatú berendezései független porellátó tartályokkal rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik a különböző anyagrétegek közötti cserét.
Az interfész előfeldolgozása: Használjon lézeres tisztítást vagy plazma permetezést, hogy az interfész jobban tapadjon.
Numerikus szimulációs optimalizálás: Használjon ANSYS vagy COMSOL szoftvert annak modellezésére, hogy a különböző anyagok hő- és mechanikai tulajdonságai hogyan hatnak egymásra a nyomtatási folyamat során. Ez segít a megfelelő paraméterek meghatározásában.
6. Megtalálni a megfelelő egyensúlyt a költségek és a hatékonyság között: A legnagyobb probléma a nagyszabású-termeléssel
A fém 3D-nyomtatás a termék teljes költségének 30-70%-a, a feldolgozási idő pedig hosszú (általában a nyomtatási idő 2-5-szöröse), ami megnehezíti a tömeggyártásban való felhasználását. Például egy autómotor hengerblokkjának hagyományos öntési eljárása nagyjából 500 jüanba kerül darabonként. A 3D nyomtatás és az utólagos feldolgozás-költsége viszont meghaladhatja a 3000 jüant.
Problémák a technológiával:
Magas felszerelési költségek: a csúcskategóriás-öttengelyes-megmunkáló központok több mint 5 millió jüanba kerülnek, míg a HIP-berendezések akár 20 millió jüanba is kerülhetnek.
Folyamatlánc hossza: Számos lépést kell végrehajtania egymás után, például melegítést, huzalvágást, támaszték eltávolítását, polírozást és újra polírozást.
Alacsony automatizálási szint: továbbra is kézi munkára van szükség az összetett alkatrészek utólagos{0}}feldolgozásához, ami kevésbé hatékony.
Válasz:
Gyártósorok intelligens integrációja: Használjon AGV-kocsikat a 3D nyomtatók, hőkezelő kemencék és megmunkáló központok csatlakoztatásához, hogy a teljes folyamat automatikusan lefusson. Például a Platinum Technology BLT-S800 berendezése beépített-online észlelési és adaptív feldolgozási képességeket kínál.
Additív gyártás: A nyomtatás utáni szakaszok számának csökkentése érdekében szinkronizálja a részleges megmunkálást a nyomtatási folyamat során. A Mazak INTEGREX i-400AM gépei képesek váltani a lézeres burkolat és a marás között.
Digitális folyamattervezés: Siemens NX vagy Magics szoftverrel megtalálhatja a legjobb megmunkálási utat és csökkentheti az üresjárati időt.