Pot matrițele metalice de imprimare 3D să atingă consistența lotului?

一, principala problemă cu consistența lotului este „discontinuitatea” dintre laborator și atelier.
Principiul fundamental al procesului de imprimare 3D din metal este „topirea și stivuirea strat cu strat”, care cuprinde diverse aspecte multidimensionale, inclusiv reglarea energiei laser, uniformitatea distribuției pulberii și controlul gradientului de temperatură. Într-un cadru de laborator, este ușor să imprimați matrițe individuale de-înaltă calitate, folosind tehnologie de precizie și spații restrânse. Cu toate acestea, când vine vorba de producția de masă, următoarele probleme devin variabile majore care limitează consistența:
Fluctuațiile materiale: Diferențele în loturile de pulbere metalică, cum ar fi distribuția dimensiunii particulelor, cantitatea de oxigen și cantitatea de impurități, au un impact direct asupra modului în care metalul curge și se solidifică în timpul procesului de topire. Acest lucru poate duce la diferențe de dimensiune sau de performanță în același model de design atunci când este imprimat în loturi diferite. De exemplu, dacă nivelul de oxigen din pulberea de aliaj de titan crește cu 0,01%, capacitatea sa de a rezista la oboseală poate scădea cu 5% până la 10%.
Fereastra mică de proces: modificări ale puterii laserului, vitezei de scanare și grosimii stratului de doar câteva procente (cum ar fi modificări de putere de ± 1%) pot induce fisuri, porozitate sau deformare. De exemplu, grosimea peretelui canalelor interne de răcire ale palelor turbinei motoarelor de avion trebuie menținută între 0,3 și 0,5 mm. Dacă oricare dintre acești parametri se modifică, canalele s-ar putea bloca sau structura ar putea eșua.
Stabilitatea echipamentului: pe măsură ce timpii de imprimare cresc, problemele legate de echipamentele învechite, inclusiv pierderea de energie laser, deviația preciziei scanării în oglindă și schimbările de temperatură din cavitatea de turnare se vor adăuga încet la mai multe greșeli. Un grup de standarde internaționale a efectuat un test care a arătat că precizia dimensională a materialelor imprimate poate scădea de la ± 20 μ m la ± 50 μ m după ce un singur dispozitiv funcționează timp de 500 de ore consecutive.
Incertitudine după procesare: matrițele trebuie adesea să fie șlefuite și lustruite după ce sunt realizate pentru a îndeplini standardele de rugozitate a suprafeței, cum ar fi Ra Mai puțin sau egal cu 0,8 μm. Această metodă ar putea provoca noi greșeli dimensionale, în special în microstructuri, cum ar fi canalele de ramificație ale căilor navigabile conforme, despre care prelucrarea standard nu se poate asigura că sunt întotdeauna aceleași.
2, Revoluție tehnologică: crearea unui mecanism pentru controlul complet al lanțului care garantează consistența
Industria a construit încet o barieră tehnologică pentru consistența loturilor, lucrând împreună în patru dimensiuni pe „hardware, software, proces și materiale”. Folosind companii de top precum Yunyao Shenwei ca exemple, soluțiile lor pot fi grupate în trei categorii principale:
1. Stabilitate hardware: Remedierea problemelor la sursă
Sistem de-înaltă precizie de împrăștiere a pulberii: folosește un design fără-contact de schimbare a pulberii și un design de schimbare integrală a cilindrului pentru a împiedica amestecarea pulberilor. Puritatea pulberii a crescut la mai mult de 99,9% datorită tehnologiilor de ecranare a vibrațiilor și de îndepărtare a impurităților din câmpul magnetic. De exemplu, mașinile lui Yunyao Shenwei pot controla în mod constant grosimea fiecărui strat până la 2-10 μm, asigurându-se că pulberea se răspândește uniform în fiecare strat până la ± 5 μm.
Controlul-în buclă închisă al energiei laser: prin utilizarea-monitorizării în timp real a puterii laserului, formei spotului și distribuției energiei, împreună cu algoritmi de compensare dinamică, modificările de energie sunt menținute la ± 0,5%. O anumită companie a produs un sistem de scanare sincronă cu zece-laser, care nu numai că face imprimarea de cinci ori mai rapidă decât echipamentele obișnuite, dar și reduce rugozitatea suprafeței la Ra Mai mică sau egală cu 1,6 μm prin optimizarea suprapunerii spoturilor.
Sistem de control al mediului: are un modul de control al temperaturii cu mai multe-zone și un sistem de circulație a gazului inert în cavitatea de turnare. Menține gradientul de temperatură în ± 2 grade și concentrația de oxigen sub 50 ppm, ceea ce oprește deformarea deformată cauzată de stresul termic.
2. Optimizarea proceselor: de la experiență-bazată pe date-
Biblioteca de parametri și simularea procesului: creați o bibliotecă de parametri ai procesului care include materiale obișnuite, cum ar fi aliajul de titan și oțelul pentru matriță. Apoi, utilizați analiza cu elemente finite (FEA) pentru a simula modul în care piscina topită se va comporta în timp, pentru a prezice cum se va deforma și pentru a îmbunătăți structurile de susținere. De exemplu, o companie a folosit simularea pentru a reduce distorsiunea de tipărire a duzelor de combustibil ale motoarelor de aviație de la 0,8 mm la 0,2 mm.
Monitorizare online și feedback într-o buclă închisă: utilizați camere-de mare viteză și termometre cu infraroșu în timpul procesului de imprimare pentru a obține informații importante, cum ar fi forma bazinului de topire și distribuția câmpului de temperatură în timp real. Utilizați algoritmi de învățare automată pentru a modifica din mers căile de scanare și setările de putere. Biblioteca de procese inteligente a lui Yunyao Shenwei a combinat peste 100.000 de seturi de caracteristici materiale. Cu un singur clic, poate găsi cea mai bună soluție de imprimare, ceea ce face ca consistența dimensiunii să fie mai bună până la ± 10 μm.
Imprimarea cu mai mult de un tip de material: pentru a satisface nevoile funcționale ale diferitelor părți ale matriței, cum ar fi rezistența la uzură și conductivitatea termică, trebuie să îmbunătățiți tehnologia de imprimare a materialului în gradient. De exemplu, un strat de aliaj de cupru cu o conductivitate termică excelentă este pus pe suprafața unui canal conform, în timp ce structura principală este construită din aliaj de titan-de înaltă rezistență. Acest lucru se realizează folosind tehnologia de gestionare a interfeței materialelor pentru a crea o legătură perfectă.
3. Trasabilitatea calității: de la verificarea unui articol până la controlul întregului proces
Digital Twin: Creați modele virtuale pentru fiecare dispozitiv, urmăriți starea de lucru și setările de imprimare ale echipamentelor reale în timp real și utilizați tehnologia Data Twin pentru a avertiza despre posibilele probleme înainte ca acestea să apară. Această tehnologie a ajutat o întreprindere să reducă timpul de nefuncționare a echipamentelor cu 40% și să crească producția de imprimare la 98,5%.
Un sistem complet de trasabilitate a calității procesului, care include gestionarea loturilor de pulbere, supravegherea procesului de imprimare și testarea produsului finalizat, toate acestea alcătuind un lanț de date în buclă închisă-. Fiecare matriță, de exemplu, are propria etichetă digitală care poate fi scanată pentru a-și găsi echipamentul de imprimare, setările parametrilor, lotul de pulbere și raportul de testare. Acest lucru face ușor să găsiți greșelile și să trageți oamenii la răspundere.
Standarde pentru testele standardizate: contribuie la realizarea standardelor internaționale pentru lucruri precum proprietățile mecanice (cum ar fi rezistența la tracțiune și durata de viață la oboseală), acuratețea dimensională (cum ar fi analiza tridimensională a deviației tridimensionale prin scanare CT), calitatea suprafeței (cum ar fi măsurarea interferometrului cu lumină albă) și multe altele. Acest lucru va ajuta industria să se dezvolte într-un mod standardizat.
3, Practică de industrializare: Aplicație la scară largă de la aviație la asistență medicală
Trebuie să testăm valoarea reală a progreselor tehnologice utilizându-le în industrie. În prezent, matrițele metalice de imprimare 3D pot face loturi de produse care sunt consecvente în multe-domeni de ultimă generație:
Aerospațial: COMAC C929 folosește tehnologia SLM pentru a imprima suporturi pentru aripi din aliaj de titan. Se realizează o abatere de dimensiune mai mică sau egală cu ± 15 μm în producția de lot de 200 de bucăți prin colaborare cu mai multe-laser și control în buclă-închisă. De asemenea, trece testul de oboseală și scade greutatea cu 15%. Topologia canalului de răcire regenerativă a îmbunătățit camera de tracțiune a rachetei SpaceX, reducând ciclul de imprimare de la obișnuit 6 luni la 3 săptămâni și permițând 500 de teste de ciclu de căldură fără eșec.
matriță medicală: matriță imprimată 3D-pentru un dispozitiv de fuziune intercorporală din aliaj de titan poros care scurtează ciclul de injecție de la 120 de secunde la 45 de secunde și crește rata de certificare a produsului de la 85% la 99%; Forma de coroană dentară din aliaj de crom cobalt la comandă poate fi personalizată în doar 2 săptămâni până la 3 zile, iar atunci când sunt fabricate 5000 de bucăți simultan, dimensiunea este întotdeauna în ± 20 μm.
Matriță auto: O nouă firmă de vehicule energetice a folosit imprimarea 3D pentru a realiza matrițe pentru cutii de baterii, care au redus procedura de sudare de la 12 la 3 și au făcut corpul mai rigid cu 20%. A creat o linie de producție de imprimare 3D care poate produce 50.000 de bucăți pe an. Costul pe articol este cu 35% mai mic decât în ​​cazul metodelor tradiționale.