Milyen nehézségekbe ütközik a fém 3D-nyomtató formák mérethibáinak ellenőrzése?

1. Méreteltérés anyagzsugorodás és termikus igénybevétel miatt
A 3D nyomtatási folyamat során a fémanyagok szilárd-folyadék-szilárd fázisváltozáson mennek keresztül. A hőtágulási együttható és a zsugorodási arány a fő tényezők, amelyek befolyásolják a méretek pontosságát. Például gyakran használt anyagok felhasználásával:

Rozsdamentes acél (mint 316L): A hűtési zsugorodás mértéke nagyjából 4%. Ha a modellezési szakaszban nem végeznek fordított korrekciót, a 100 mm hosszú forma 96 mm-re zsugorodhat, ami kívül esik a ± 0,1 mm-es tűréstartományon.
A titánötvözetek (például a Ti-6Al-4V) nagyjából 2%-kal zsugorodnak, de a termikus feszültség gyorsabban képződik, ami könnyen vetemedést okozhat, különösen vékony falú vagy konzolos épületekben.
Nehézségi áttörés: A tényleges zsugorodási arány meghatározásához olyan visszafejtési eszközöket kell használnia, mint a Geomagic Control X. A modellezési lépés során a "kompenzált méret=tervezési méret ÷ (1-zsugorodási arány)" képletet is használnia kell. Például a rozsdamentes acélból készült formáknak 4,2%-kal nagyobbaknak (100 mm → 104,2 mm), a titánötvözetből készült formáknak 2,04%-kal (100 mm → 102,04 mm) kell lenniük. Az iránykompenzációs technológia olyan nehéz forgatókönyveket is kezelhet, amikor a Z-tengely zsugorodási aránya 10%-kal magasabb, mint az XY tengely az SLM eljárásokban.

2. Folyamatparaméterek javítása: az energiasűrűség és a rétegvastagság kiegyenlítésének technikája
Ahhoz, hogy a fém 3D nyomtatás pontos legyen, összehangolt módon kell szabályozni az olyan jellemzőket, mint a lézerteljesítmény, a szkennelési sebesség és a rétegvastagság. A paraméter bármilyen változása méretbeli problémákat okozhat.

Nem elegendő az energiasűrűség: Ha a lézer teljesítménye túl kicsi, vagy a pásztázási sebesség túl gyors, a por nem olvad meg egészen, ami hiányos fúziós hibákat okoz. Ez gyengíti a rétegek közötti kötést, és kevésbé stabilizálja az objektum méretét.
Nagy energiasűrűség: Ha a lézer teljesítménye több mint 5%-kal változik, az olvadt medence erőteljesen kifröccsen, és a folyékony fém kerek részecskékké alakul a meg nem olvadt poron. Ez egyenetlenné teszi a felületet és megváltoztatja a méretet.
A rétegek vastagságának megválasztása: A 0,1 mm-es rétegvastagság hatékonyabbá teheti a dolgokat, de a minták tiszták és az Ra érdesség nagyobb, mint 5 μm. A 0,03-0,05 mm-es rétegvastagság Ra érdességhez vezethet<3 μ m, but it will take more than three times longer to print.
Esettanulmány: Egy légiközlekedési vállalat SLM technológiát használt a turbinalapátok nyomtatására. Ortogonális kísérletekkel találták meg a paraméterek legjobb kombinációját: 300 W lézerteljesítmény, 1200 mm/s pásztázási sebesség, 0,05 mm rétegvastagság és keresztszkennelési út (a szomszédos rétegeket az X/Y tengely mentén pásztázták). A mérettűrést hatékonyan kezelték ± 0,05 mm-en belül, megfelelve az űrrepülési szabványoknak.

3. A berendezések pontossága: a hardver kalibrálásától a mozgás vezérléséig
A méretszabályozás fizikai alapja a berendezés pontossága. Ennek eléréséhez három területnek együtt kell fejlődnie: a mechanikai szerkezet, a mozgásrendszer és az érzékelők.

A platform vízszintessége: Ha a nyomtatási platform nem vízszintes, előfordulhat, hogy a rétegek nem egyforma vastagságúak, ami azt okozhatja, hogy a méretek „az egyik oldalon vastagok, a másikon vékonyak”. Ahhoz, hogy megbizonyosodjon arról, hogy az emelőkosár öt pontja (négy sarok plusz a közepe) közötti leolvasási különbség 0,05 mm vagy annál kisebb, 0,01 mm-es pontosságú mérőórára van szüksége.
A vezetőcsavar és a vezetősín között van egy hely: Ha túl nagy a távolság, a nyomtatófej túl messzire mozdul el. Ha azt mondod neki, hogy mozogjon 10 mm-t, akkor tényleg 10,02 mm-t fog elmozdulni. A furattávolság hibájának megállapításához ki kell nyomtatnia egy lapos lemezt sok kis lyukkal (5 mm átmérőjű és 20 mm távolságra egymástól), és egy koordinátamérő eszközt kell használnia. Ezután megoldhatja a problémát az eszközszoftver „elektronikus áttételi arányának” használatával.
A lézerfolt átmérőjének kalibrálása: Ha rosszul állítja be a folt átmérőjét (például ha valóban 0,1 mm, de a program azt mondja, hogy 0,08 mm), akkor "túlégés" vagy "alulégés" fordulhat elő. Nyomtasson ki egy 10 mm hosszú egyenes vonalat, majd mérje meg a tényleges szélességet, és hasonlítsa össze a program által leírtakkal. Ki kell javítania a hibát, ha az nagyobb, mint 0,02 mm.
4. A tartószerkezet kialakítása: a szilárdság és a könnyű eltávolítás közötti megfelelő egyensúly megtalálása
A tartószerkezet nem egyszerűen a „csontváz”, amely megakadályozza a modell alakváltozását, hanem mérethibák oka is lehet:

Túl sok hely a támasztékok között: Ha a felfüggesztett részeken (például egy 5 mm-es konzolon) lévő támaszok közötti távolság több mint 3 mm, az elem nyomtatás közben leeshet, ami méretváltozást okoz.
Meredek alátámasztási szög: Ha a támasz és az alkatrész közötti szög kisebb, mint 45 fok, a támasz levétele könnyen "húzhatja" és megváltoztathatja az alkatrész alakját, különösen, ha az vékony{1}}falú (vastagság<2mm).
Nem elég erős a tartó alján: Ha a tartó alsó része nem 50%-kal nagyobb átmérőjű, mint a teteje, akkor az egyenetlen feszültség miatt az alkatrészek könnyen megbillenhetnek.
Új módszer a probléma megoldására:
Topológia optimalizálási módszerek alkalmazása erős, de kevesebb anyagot igénylő könnyű tartószerkezetek készítéséhez; kifinomult eszközöket, például ultrahangos vágókéseket igényel a támasztékok eltávolításához és a kalapácsütések okozta torzulások elkerüléséhez. A tartószerkezet továbbfejlesztésével az autók öntőformáinak egyik gyártója ± 0,2 mm-ről ± 0,08 mm-re növelte a vékony falú alkatrészek mérettűrését.

5. Környezetvédelem: A hőmérséklet és a páratartalom láthatatlan hatásai
Az emberek általában nem gondolnak bele, hogy a környezeti feltételek hogyan befolyásolják a fém 3D nyomtatás méretstabilitását:

Hőmérsékletváltozások: A műhelyhőmérséklet 5 fokot meghaladó változása (például nappal 25 fok, éjszaka 18 fok) a berendezés kitágulását és összehúzódását okozhatja, ami méreteltolódást okozhat. Olyan klímaberendezést kell beszerelni, amely 22 ± 2 fokon tartja a hőmérsékletet.
Por nedvességfelvétele: Ha a fémpor nedvességtartalma meghaladja a 0,1%-ot, a nyomtatás pórusokat hoz létre, amelyek instabillá teszik a méreteket. Tedd az agglomerált port egy 80 mesh-es szitába, és szárítsd 80 fokos sütőben 2 órán keresztül.