Hogyan lehet elkerülni a fém 3D nyomtatott alkatrészek megmunkálási deformációját?

一, Tervezési fázis: Topológia optimalizálás feszültségszimuláció segítségével
1. Feszültségeloszlás szimulációja és a szerkezet újjáépítése
A repülőgépipar számára turbinalapátokat gyártó cég a Simufact Additive szoftvert használta a termikus mechanikus csatolás szimulációjának futtatásához. Megfigyelték, hogy a tipikus kialakítások feszültségkoncentrációt mutatnak a pengegyökér átmeneti zónájában. A derékszögű átmenetet 5 mm sugarú lekerekített sarokátmenetre változtatva és a feszültséget nem tűrő területet rácsszerkezettel kitöltve a feszültségcsúcs 420 MPa-ról 280 MPa-ra, a nyomtatási deformáció pedig 62%-kal csökkent. Ez a forgatókönyv azt mutatja, hogy a szimuláción alapuló topológiaoptimalizálás idő előtt megtalálja a nagy feszültségű helyeket, és a struktúra megváltoztatásával egyenletessé teheti a feszültségeloszlást.
2. Tartó szerkezetek intelligens tervezése
A hagyományos támasztéktervezésben empirikus képleteket alkalmaznak, amelyek könnyen hőképződést okozhatnak egy területen. A Manga Technology VoxelDance Engineering szoftvere pásztázó deformációkompenzációs technológiát használ az alkatrészek formájához illeszkedő tartószerkezetek automatikus létrehozásához. Ez a módszer javítja a támaszeloszlás sűrűségét, miközben mesterséges ízületi fogantyúkat nyomtatnak egy orvostechnikai eszközöket gyártó cégnél. 0,3 mm-ről 0,05 mm-re csökkenti a szinterezés utáni támaszték eltávolítása által okozott felületi sérülés mélységét, és 30%-kal csökkenti a szükséges hordozóanyag mennyiségét.
3. Modell készítése az -deformáció előtti kompenzációhoz
A ± 0,02 mm-es pontosságú repülési hidraulikus szeleptesteknél a Platinum Technology Company zárt hurkú folyamatot alkalmaz, amelyet "nyomtatási szkennelés kompenzációnak" neveznek. Ebben a folyamatban az eredeti modellt 316 literes rozsdamentes acéllal nyomtatják, és az ATOS Triple Scan 3D szkenner megkapja a tényleges alakváltozási adatokat. Ezeket az adatokat azután egy fordított pre-deformációs modell elkészítéséhez használják fel a Magics szoftverben. Két korrekciós kör után az alkatrészek alapvető mérettűrése ± 0,15 mm-ről ± 0,03 mm-re nőtt, amire a repülési szabványoknak szükségük van.
2,Folyamat szakasz: Több paraméter együttműködésen alapuló vezérlése
1. A lézer beállításainak módosítása menet közben
A Huashu High Tech FS200M berendezés dinamikusan változtatta a lézerteljesítményt és a pásztázási sebességet, miközben egy bizonyos motor égésterét nyomtatta úgy, hogy valós időben figyelte az olvadt medence hőmérsékleti mezőjét. A 3mm falvastagságú területen a 800W/1200mm/s, a 0,8mm falvastagságú területen a 600W/800mm/s paramétert alkalmaztuk. Ez a partícióparaméter-beállítás 40%-kal csökkenti a vékonyfalú szakaszokon a hőbevitelt és 55%-kal a maradékfeszültséget. Kijavítja a szinterezési deformáció problémáját is a 0,5 mm-es konzolos szerkezetben.
2. A porlerakás eljárásának javítása
Az EOS M 400-4 berendezés adaptív porszórási technológiát alkalmaz a porréteg vastagságának deformációra gyakorolt ​​hatásának kezelésére. A rétegvastagságot 40 μm-en tartja a tartózónában, és dinamikusan 25 μm-re változtatja a szabad-formájú felületen. A tesztadatok azt mutatják, hogy ez a megközelítés 0,12 mm-ről 0,03 mm-re csökkenti a vékonyfalú részek rétegközi eltolódását, és 12,5 μm-ről 6,3 μm-re emeli a felületi érdesség Ra értékét.
3. A légkör szabályozása inert gázon keresztül
A Platinum BLT{0}}S800 készülék nagyon alacsonyan tartja a levegő- és páratartalmat (kevesebb mint 10% relatív páratartalom és 50 oldal/perc), miközben titánötvözetből készült ortopédiai implantátumokat nyomtat. Ez zárt{5}}hurkú vezérlőrendszerrel történik. Különböző környezeteket összehasonlító kísérletek azt mutatták, hogy ezzel 0,8%-ról 0,15%-ra csökkentheti a por oxidációs sebességét. Ez megoldja az oxidfilmek problémáját, ami megnehezíti a rétegek összekapcsolását, és 18%-kal erősebbé teszi az alkatrészeket.
3.Az utófeldolgozási szakaszban a hibákat kijavítják és a teljesítményt javítják.
1. Meleg izosztatikus préselés (HIP) tömörítő kezelés
Egy adott repülőgépmotor-üzletág QIH-15 literes melegizosztatikus présberendezést alkalmazott az Inconel 718 magas hőmérsékletű ötvözet alkatrészekhez. Ha az alkatrészeket 4 órán keresztül 1200 fokon/150 MPa-on tartottuk, azok sűrűbbé (99,2%-ról 99,98%-ra) és kevésbé porózussá (0,3%-ról 0,002%-ra) lettek. A megmunkált alkatrészek kifáradási élettartama háromszor hosszabb, és a szinterezés során keletkezett mikrorepedések teljesen eltűntek.
2. Gradiens hőkezelés folyamata
A 316 literes rozsdamentes acél hidraulikus szeleptesteknél végezzen el egy három-lépéses hőkezelési eljárást: feszültségmentesítő izzítás 550 fokon 2 órán keresztül, oldatkezelés 1050 fokon 1 órán keresztül és öregítés 480 fokon 4 órán keresztül. Ez az eljárás keményebbé teszi az alkatrészeket, 180 HV-ról 280 HV-ra, és csökkenti a maradék feszültséget, 320 MPa-ról 80 MPa-ra. Ez megoldja a megmunkálás utáni méretvisszapattanás problémáját.
3. Technológia az intelligens támogatás eltávolítására
A DMG MORI LASERTEC 65 3D berendezésen egy öttengelyes függesztőmű-megmunkáló központot használnak a támasz eltávolítására: a forgácsolóerőt valós időben figyeli a Force Control rendszer, és az előtolást automatikusan beállítja. A tesztek kimutatták, hogy ezzel a technológiával 40%-kal könnyebb eltávolítani a támasztékot, és 0,02 mm-en belül tartja a felületi sérülés mélységét, amire a repülési alkatrészeknek épségben kell maradniuk.