Care sunt dificultățile obișnuite în imprimarea 3D a metalului ulterioară-procesării?

1. Controlul rugozității suprafeței: trecând de la „blank” la „produs finit”
Deoarece imprimarea 3D din metal formează lucrurile în straturi, suprafața are o textură în trepte cu o rugozitate (valoarea Ra) care este de obicei între 6 și 12 μm. Aceasta este substanțial mai aspră decât prelucrarea tradițională, care are o valoare a rugozității de 0,8 până la 1,6 μm. De exemplu, rugozitatea peretelui interior al canalului de răcire pentru palele motoarelor de aeronave trebuie menținută sub 3 μm, altfel va scădea mult eficiența transferului de căldură.
Probleme cu tehnologia:
Structura de susținere reziduală: Structura de susținere care este aplicată în timpul imprimării pentru a împiedica lucrurile să își schimbe forma poate lăsa gropi sau denivelări pe suprafață după ce este scoasă.
Aderența pulberii: atunci când particulele de pulbere nu se topesc complet, se lipesc de suprafață, ceea ce se numește „sferoidizare”.
Urme de legare interstrat: se pot forma mici denivelări acolo unde căile de scanare laser se încrucișează.
Răspuns:
Lustruire chimică: Utilizarea soluțiilor acide sau alcaline pentru a dizolva selectiv stratul de suprafață îl poate face mai neted de 1 μm, dar trebuie să fiți foarte atenți la cât timp îl lăsați în soluție pentru a evita prea multă coroziune.
Tratament de sablare: o suprafață mată uniformă este creată prin lovirea suprafeței cu un flux de nisip de mare{0}}viteză. Acest lucru este bun pentru modelele complicate ale cavităților interne, dar poate crea și noi defecte de suprafață.
Lustruire electrolitică: Această metodă folosește principii electrochimice pentru a nivela suprafața la nivel microscopic. Poate oferi un efect de oglindă (Ra<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. Remedierea defectelor interne: cheia pentru a face lucrurile mai dense și mai bune.
Interiorul pieselor metalice imprimate 3D are de obicei o porozitate de 0,1% până la 5%. Aceste mici defecte pot cauza formarea de fisuri, ceea ce scurtează foarte mult durata de viață a pieselor la oboseală. De exemplu, implanturile din aliaj de titan cu porozitate mai mare de 0,5% pot să nu se integreze cu osul.
Probleme cu tehnologia:
Pori: Dacă intensitatea laserului este prea mică sau pulberea are prea mult oxigen, piscina topită se poate rupe.
Fuziune insuficientă: legătură slabă între straturi, ceea ce duce la microstratificare.
Fisura: O fisura calda sau rece care apare atunci cand se acumuleaza stres rezidual.
Răspuns:
Presare izostatică la cald (HIP): materialul este supus multă presiune (100–200 MPa) și căldură (900–1200 grade). Acest lucru îl face să-și schimbe forma, să închidă porii interni și să-și ridice densitatea la peste 99,9%. De exemplu, tratamentul HIP a triplat durata de viață la oboseală a injectoarelor de combustibil din motoarele LEAP produse de GE Aviation.
Infiltrare locală: metoda de impregnare cu vid umple zone importante de materiale compozite pe bază de metal-, făcându-l potrivit pentru fixarea structurilor cu pereți subțiri.
Retopirea cu laser: Efectuarea unei a doua scanări pe zonele cu defecte de suprafață sau interioare poate ajuta la îmbunătățirea cerealelor, dar ar putea adăuga și noi solicitări termice.
3. Gestionarea tensiunii reziduale: Ingineria sistemelor pentru controlul deformării
Când metalul este imprimat 3D, stresul termic de la încălzirea și răcirea rapidă se poate apropia de 50% până la 80% din limita de curgere a materialului. Acest lucru poate determina distorsionarea, spargerea sau schimbarea formei pieselor. Tensiunea reziduală poate induce deformare de câțiva milimetri în construcțiile cu cadru mare, ceea ce este considerabil peste ceea ce este acceptabil.
Probleme cu tehnologia:
Distribuția neuniformă a tensiunilor: Formele geometrice complexe provoacă schimbări mari ale gradienților de temperatură.
Efectul de constrângere al substratului: stresul se acumulează în punctul în care componenta se întâlnește cu substratul, ceea ce poate cauza cu ușurință delaminarea interstratului.
Provocare de imprimare cu mai multe-materiale: faptul că diferite materiale se extind la viteze diferite face ca stresul să se acumuleze mai rapid.
Răspuns:
Înainte de imprimare, încălziți substratul la o temperatură între 200 și 500 de grade Celsius pentru a reduce diferența de temperatură. De exemplu, mașinile din seria Precision de la Yunyao Shenwei au o caracteristică de preîncălzire a substratului la 500 de grade care scade șansa de fisurare a pieselor imprimate din aliaj de titan.
Optimizarea strategiei de scanare: utilizați „scanarea insulei” sau „scanarea tablei de șah” pentru a distribui căldura aportă și a împiedica să se încălzească prea mult într-un singur loc.
Recoacere de reducere a tensiunii: După ce imprimarea este terminată, tratamentul de izolare se face la 600–700 de grade pentru a scăpa de mai mult de 80% din stresul care există încă.
4. Garanția acurateței dimensionale: un pas înainte de la „formare aproximativă” la „mulare în plasă”
Imprimarea 3D din metal este, în mod normal, cu o precizie de ± 0,1 mm, dar pentru piesele care trebuie să fie foarte precise, cum ar fi roți dințate de ceas, este nevoie de prelucrare suplimentară. Dar este foarte greu să lucrezi cu structuri complexe de cavități interioare, astfel de structuri cu zăbrele și frezarea standard sau prelucrarea cu descărcare electrică (EDM) ar putea dăuna structurii interne.
Probleme cu tehnologia:
Deformare prin contracție: Când metalul se răcește, acesta se micșorează în volum, ceea ce face ca dimensiunile să se modifice.
Interferența structurilor de susținere: Suportul rezidual face mai dificilă găsirea planului de referință de prelucrare.
Structurile cu pereți-subțiri nu sunt suficient de rigide, prin urmare vibrațiile de prelucrare pot sparge cu ușurință uneltele.
Răspuns:
Compensarea proiectării: setați din timp cantitatea de contracție în modelul CAD (de obicei între 0,2% și 0,5%) și verificați remedierea prin imprimarea de mai multe ori.
Prelucrare cu legături cu cinci-axe: echipamentul LASERTEC 65 3D de la DMG MORI este un exemplu de mașină-uneltă CNC cu mai multe-axe care poate face atât imprimarea, cât și frezarea în același timp.
Prelucrarea electrochimică (ECM) este o metodă de îndepărtare a materialelor fără a necesita forță mecanică de tăiere. Este bun pentru prelucrarea de precizie a structurilor cu pereți-subțiri.
5. Compatibilitatea cu mai multe materiale: problema materialelor gradate funcțional
Imprimarea 3D din metal se îndreaptă încet în direcția compozitului cu mai multe-materiale, pentru a răspunde nevoilor de ușurință, rezistență la coroziune și conductivitate. Dar faptul că diferitele materiale au puncte de topire și coeficienți de dilatare termică variați înseamnă că rezistența de legătură dintre ele nu este suficient de puternică, ceea ce poate duce rapid la delaminare sau crăpare.
Probleme cu tehnologia:
Contaminarea-încrucișată a pulberii: pulberea reziduală din compartimentele pentru imprimare cu mai multe materiale afectează puritatea materialelor.
Conflict de parametri ai procesului: diferitele materiale trebuie să fie asociate cu diferite puteri laser, viteze de scanare și alte setări.
Performanța interfeței se înrăutățește: fazele fragile apar rapid acolo unde diferite materiale se întâlnesc.
Răspuns:
Sistem modular de alimentare cu pulbere: De exemplu, echipamentul din seria RESEARCH de la Yunyao Shenwei are rezervoare independente de alimentare cu pulbere care vă permit să schimbați între diferite straturi de material.
Preprocesarea interfeței: utilizați curățarea cu laser sau pulverizarea cu plasmă pentru ca interfața să se lipească mai bine.
Optimizarea simulării numerice: utilizați software-ul ANSYS sau COMSOL pentru a modela modul în care proprietățile termice și mecanice ale diferitelor materiale interacționează în timpul procesului de imprimare. Acest lucru vă va ajuta să stabiliți parametrii potriviți.
6. Găsirea echilibrului potrivit între cost și eficiență: cea mai mare problemă cu producția la scară mare-
Imprimarea 3D din metal costă 30% până la 70% din costul întreg al unui produs, iar timpul de procesare este lung (de obicei de 2-5 ori timpul de imprimare), ceea ce îl face dificil de utilizat în producția de masă. De exemplu, procedura tradițională de turnare pentru blocul de cilindri al unui motor de mașină costă aproximativ 500 de yuani pe bucată. Costul imprimării 3D și al post-procesării, pe de altă parte, ar putea depăși 3000 de yuani.
Probleme cu tehnologia:
Costuri ridicate ale echipamentelor: centrele de prelucrare cu cinci-axe{0}}de înaltă calitate costă mai mult de 5 milioane de yuani, în timp ce echipamentele HIP pot costa până la 20 de milioane de yuani.
Lungimea lanțului de proces: trebuie să faceți o serie de pași în ordine, cum ar fi încălzirea, tăierea sârmei, îndepărtarea suportului, lustruirea și lustruirea din nou.
Nivel scăzut de automatizare: este încă necesară munca manuală pentru post{0}}procesarea pieselor complexe, ceea ce o face mai puțin eficientă.
Răspuns:
Integrarea inteligentă a liniilor de producție: utilizați cărucioarele AGV pentru a conecta imprimante 3D, cuptoare de tratament termic și centre de prelucrare, astfel încât întregul proces să ruleze automat. De exemplu, echipamentul BLT-S800 de la Platinum Technology oferă capabilități integrate de-detecție online și procesare adaptivă.
Fabricare aditivă: pentru a reduce numărul de etape care urmează după tipărire, sincronizați prelucrarea parțială în timpul procesului de imprimare. Mașinile INTEGREX i-400AM de la Mazak pot comuta între placarea cu laser și frezare.
Planificare digitală a procesului: Folosind software-ul Siemens NX sau Magics pentru a găsi cea mai bună cale de prelucrare și a reduce timpul de inactivitate.