Tud 3D nyomtatni egyéni szívócsonkot alumíniumból?

A legtöbb fém3D nyomtatott alumínium szívócsőprojektek lézerporágy-fúziót (SLM vagy L-PBF) használnak. A lézer a CAD fájl szerint egymás után olvasztja meg vékony alumíniumporrétegeket. Nincs szükség penészre. Összetett belső futók és tömlők egy darabban is kialakíthatók.

A leggyakoribb ötvözet az AlSi10Mg. Ez egy öntvény típusú alumínium-szilícium-magnézium ötvözet, amely szilárd egyensúlyt kínál az erő, a hővezető képesség és a nyomtathatóság között. Széles körben elterjedt olyan autó- és repülőgép-alkatrészekhez, amelyek kis súlyt és megfelelő hőátadást igényelnek. Az AlSi10Mg 3D nyomtatás pontosan ezen okok miatt vált számos egyedi beviteli alkalmazás alapértelmezett útvonalává.

Az elosztó mely részei jó jelöltek
Az optimalizált áramlási útvonalakkal, összetett csatlakozóaljzatokkal, integrált rögzítési jellemzőkkel és belső csatornákkal rendelkező csonkok a legerősebb felhasználási esetek. Az egyszerű külső formák kevés belső bonyolultsággal ritkán indokolják a folyamatot.

A Journal of Materials Science & Technology 2020-as összehasonlító tanulmánya az SLM AlSi10Mg-ot vizsgálta ugyanazzal az öntéssel előállított ötvözettel. Az SLM anyag nagyobb szakítószilárdságot mutatott (körülbelül 430–445 MPa, szemben az öntött anyag 313–315 MPa-val szobahőmérsékleten), de kisebb a nyúlása. A kifáradási élettartam alacsonyabb volt, mivel a maradék megolvadatlan porszemcsék, oxidzárványok és pórusok repedés kiindulási pontjaként szolgálnak.

A MATEC Web of Conferences 2016-os dokumentuma arról számolt be, hogy az optimalizált SLM-paraméterek elérhetik a 99,13%-os relatív sűrűséget. A mechanikai tulajdonságok ilyen körülmények között a nagynyomású présöntött A360-as ötvözethez hasonlóak, és néhány esetben jobbak is voltak, még erős utófeldolgozás nélkül is.

A bevált porbeszállítók anyagadatlapjain az AlSi10Mg szerepel a motorral kapcsolatos alkatrészekhez, beleértve a szívócsöveket is, mert erőssége, hővezető képessége és alacsony sűrűsége kombinációja.

Az erő jó, de a pórusok és a fáradtság az igazi figyelő
A statikus szilárdság ritkán korlátozza a szívócsonkot. A ciklikus terhelés, a vibráció és a hosszú távú fáradtságállóság sokkal fontosabb. A maradék porozitás és a felülethez kapcsolódó hibák csökkenthetik a kifáradás élettartamát. A megfelelő folyamatszabályozás, sűrűségellenőrzés és hőkezelés elengedhetetlen.

Három minőségi kérdés, amelyet mindig javasolunk:

Milyen relatív sűrűséget ér el folyamatosan, és hogyan mérik?

Milyen hőkezelési ciklus az alkalmazott stresszoldás, öregedés vagy mindkettő?

Futtat CT-vizsgálatot, nyomástesztet vagy mindkettőt a kritikus áramlási útvonalakon?

Építéseink során láthattuk, hogy a sűrűségellenőrzés és a megfelelő hőkezelés nagyobb különbséget jelent a hosszú távú megbízhatóság szempontjából, mint a nyomtatott szakítószámok önmagukban.

A szerszámok hiánya azt jelenti, hogy a tervezési iterációk napok és nem hetek alatt történhetnek meg. A belső áramlási geometria optimalizálható a magok és a huzatszögek korlátai nélkül. Azok a jellemzők, amelyek általában hegesztést vagy összeszerelést igényelnek, egy darabban nyomtathatók.

A súlycsökkentés egy másik gyakorlati előny. A FEV LeiMot projektben az adalékos gyártású AlSi10Mg hengerfej 2,3 kg-ot (22 %) takarított meg a hagyományos öntvényhez képest, és a főbb motorkomponensek együtt körülbelül 21 %-kal könnyebbek voltak. Nemrég a Nikon SLM Solutions és a Bosch bemutatott egy teljes, egy darabból álló V8-as motorblokkot AlSi10Mg-ben nyomtatva, bizonyítva, hogy a nagy, összetett alumínium hajtáslánc-alkatrészek ma már valósághűek a gyártásra alkalmas gépeken.

Egy ügyfélnek egy kis adag teljesítményű szívócsonkra volt szüksége felülvizsgált futógeometriával. Az öntési szerszámok túl lassúak és túl költségesek voltak a tervezett tervezési hurkokhoz képest.

Az alkatrészt úgy irányítottuk, hogy a támasztékot lehetőleg távol tartsuk a kritikus áramlási utaktól, gondosan ellenőriztük a támaszték elhelyezését, feszültségmentesítő hőkezelést alkalmaztunk, valamint a tömítőfelületeket és a rögzítési felületeket CNC-megmunkálással a végső tűréshatárig. A sűrűség- és méretellenőrzést az alkatrészek távozása előtt elvégezték. Az elosztók megfeleltek az előírt áramlási és tömítési teljesítménynek, és gyorsabban érkeztek meg, mint ahogy azt a hagyományos szerszámozási útvonal lehetővé tette volna.

Ez a sorrend – nyomtatási orientáció, ellenőrzött alátámasztások, hőkezelés, majd a tömítőfelületek CNC-simítása – a 3D nyomtatott alumínium szívócsonk kezelésének szokásos módja, amikor a geometria összetettsége és ütemezése többet jelent, mint a nagy volumenű egységköltség.

A nagy sorozatban gyártott autók esetében, ahol az alkatrészenkénti költség dominál, a hagyományos öntvény még mindig gazdaságosabb, ha a szerszámokat kifizették.

A tömítőfelületek, a kritikus menetek és a precíziós rögzítési felületek szinte mindig CNC-kezelést igényelnek a nyomtatás után. Egy tisztán csak nyomtatásra alkalmas üzlet nem szállít beszerelésre kész elosztót. Keressen egyalumínium 3D nyomtatás gyár, amely egy fedél alatt tudja kezelni az adaléklépést és a szükséges megmunkálást.

A polimerrel vagy szénszállal megerősített nylon elosztók még könnyebbek lehetnek, és néhány versenyprototípusban alkalmazták. Megfelelnek bizonyos verseny- vagy rövid távú prototípus-környezeteknek, de az alumíniumhoz képest eltérő hőmérsékleti és hosszú távú tartóssági határaik vannak. Folyamatos motorfűtés mellett nem helyettesítik őket közvetlenül.

Tedd fel ezt az öt kérdést:

Meg tud adni anyagtanúsítványokat és mért sűrűség- vagy porozitásadatokat az adott konstrukcióhoz?

Házon belül végez hőkezelést (stresszoldás vagy öregedés)?

Lehet-e CNC-géppel lezárni a felületeket, a portokat és a rögzítési jellemzőket a nyomtatás után?

Milyen vizsgálati módszerek állnak rendelkezésre - CT szkennelés, nyomásvizsgálat, méretjelentések?

Melyek a reális átfutási idők és a minimális mennyiségek prototípusok és kis tételek esetén?

A megfelelő egyéni szívócsonk-gyártó vagy kis szériás szívócső-beszállító egyértelműen válaszol, és fel tudja mutatni a folyamat bizonyítékait. Az OEM szívócsonk 3D-nyomtatásával foglalkozó partnernek bizonyítania kell az autóipari szintű dokumentáció és a nyomon követhetőség terén szerzett tapasztalatát is. A dokumentált minőségbiztosítási rendszerek és folyamatellenőrzések fokozott biztonságot nyújtanak abban, hogy ugyanazok a szabványok érvényesek az első prototípustól a következő kis tételig.

Az, hogy mennyibe kerül egy 3D nyomtatott szívócsonk, függ az alkatrész térfogatától (építési magasság és porfelhasználás), a tartószerkezet térfogatától, az utófeldolgozástól (hőkezelés, megmunkálás, felületkezelés) és a mennyiségtől. A nagyobb vagy erősen alátámasztott alkatrészek darabonként drágábbak. A prototípus átfutási idejét általában napokban vagy néhány hétben mérik, miután a fájl készen áll, általában lényegesen rövidebb, mint a szerszámozási útvonal. A kis gyártási tételek ugyanazt a folyamatot követik, kevesebb iterációval.

A pontos árképzéshez a CAD modell és specifikáció szükséges. A fő költségtényezők továbbra is a geometria összetettsége, a szükséges utófeldolgozás és a rendelési mennyiség.

A jól kivitelezett, 3D nyomtatott alumínium szívócsonk megoldja azokat a szerszámozási késleltetési és tervezési rugalmassági problémákat, amelyeket a hagyományos öntés az egyedi és kis volumenű munkák során okoz. A siker a megfelelő ötvözet kiválasztásától, a sűrűség és az utófeldolgozás szabályozásától, valamint a kritikus felületek kidolgozását végző műhellyel való együttműködéstől függ.