Cum să obțineți o asamblare de-înaltă precizie după imprimarea 3D din metal?

1. Optimizarea designului: opriți erorile de asamblare înainte ca acestea să apară.
Compensarea dinamică și distribuția toleranței
Pe baza caracteristicilor procesului de imprimare (de exemplu, precizie SLM ± 0,05 mm și EBM ± 0,1 mm), lăsați spațiu pentru toleranțele de asamblare în stadiul modelului 3D. De exemplu, suprafața unde paletele turbinei și discul unui motor de aeronavă se întâlnesc trebuie menținută într-o toleranță de ± 0,02 mm. Funcția de „expansiune orizontală” poate fi utilizată pentru a compensa contracția materialului în timpul imprimării (de exemplu, rata de contracție a unui aliaj de titan este de aproximativ 0,8%). Software-ul de simulare VoxelDance Engineering a ajutat Guangzhou Ruitong Additive Manufacturing Company să îmbunătățească compensarea deformării implanturilor dentare. Acest lucru a redus deformarea inelului de poziționare de la 0,3 mm la 0,1 mm, ceea ce a rezolvat problema preciziei asamblarii.
Interfețe standardizate și design modular
Folosind metode convenționale de conectare, cum ar fi conexiuni de interfață USB și structuri de mortare și grindă în stil Lego-, pentru a facilita asamblarea. De exemplu, modelul de curse OpenRC F1 are interfețe standardizate care facilitează schimbarea pieselor, cum ar fi anvelopele și aripioarele, utilizatorilor. Pentru construcții complicate, acestea pot fi împărțite în părți mai mici, separate (cum ar fi îmbinări, legături și carcase ale brațelor robotului) care pot fi imprimate și asamblate independent. Acest lucru facilitează remedierea și actualizarea mai târziu.
Sprijină optimizarea și îmbinarea tipăririi cu fața-în jos
Utilizați suprafața care trebuie îmbinată ca bază de imprimare și utilizați planeitatea primului strat pentru a face îmbinarea mai precisă. De exemplu, atunci când imprimați două modele semi--circulare, cu fața în jos poate face ca cusăturile să fie mai puțin afectate de stratificare. Reducerea zonei de contact cu zăbrele sau suport conic facilitează îndepărtarea ulterioară. De exemplu, articolele din oțel inoxidabil 316L folosesc o tehnică de scanare cu tablă de șah și scanare offset de contur pentru a face suprafața mai puțin aspră, trecând de la Ra12 μm la Ra3.2 μm.
2. Controlul procesului: gestionarea precisă a setărilor de imprimare
Optimizarea densității energetice
Puteți regla forma bazinului topit modificând puterea laserului, viteza de scanare și grosimea stratului. Acest lucru poate ajuta la prevenirea problemelor precum sferoidizarea și fuziunea incompletă. De exemplu, densitatea de energie a aliajului de titan Ti6Al4V trebuie menținută între 60 și 120 J/mm³. Dacă puterea este prea mică sau viteza este prea rapidă, forța de lipire interstrat poate să nu fie suficient de puternică. Dacă densitatea de energie este prea mare, se poate produce fisurare termică.
Menținerea aerului curat și a temperaturii corecte
Pentru a împiedica oxidarea metalului, la fiecare pas se adaugă argon sau azot gazos de puritate ridicată-(cu un nivel de oxigen mai mic de 0,1%). De exemplu, preîncălzirea substratului la 150-200 de grade înainte de imprimarea aliajului de aluminiu AlSi10Mg ajută la reducerea stresului termic și la oprirea deformarii. De asemenea, utilizarea tehnologiei de scanare colaborativă cu mai multe-raze poate distribui uniform aportul de căldură și poate reduce stresul rezidual.
Monitorizarea online și oferirea de feedback într-o buclă închisă
Am folosit termometre cu infraroșu, camere pentru bazin de topire și alți senzori pentru a urmări câmpul de temperatură și forma bazinului de topire în timp real în timpul imprimării. De exemplu, o companie utilizează algoritmi AI pentru a analiza modificările lățimii bazinului de topire, pentru a varia automat puterea laserului și pentru a reduce porozitatea de la 0,5% la mai puțin de 0,1%, ceea ce crește foarte mult densitatea materialului.
3. Tehnologia de post-procesare: îmbunătățirea suprafeței și păstrarea formei acesteia.
Tratamentul termic scapă de stresul din interiorul materialului.
Recoacerea, precum încălzirea aliajului de titan în argon la 800 de grade timp de două ore, poate scăpa de tensiunea reziduală care se acumulează în timpul imprimării și poate opri distorsiunile în timpul asamblarii. Călirea și revenirea pot fi folosite pentru a face piesele de-înaltă rezistență mai dure și mai dure. Piesele din aliaj de-înaltă temperatură pe bază de-nichel care au fost tratate cu presare izostatică la cald (HIP) sunt un exemplu. Densitatea lor este de aproape 100%, iar rezistența la oboseală a crescut cu peste 30%.
Prelucrare de precizie și tratare a suprafețelor efectuate de mașini
Prelucrare CNC: pentru suprafețe funcționale, cum ar fi suprafețele de îmbinare a rulmenților, lăsați un spațiu de 0,1–0,3 mm. Utilizați o mașină-uneltă CNC cu legături cu cinci-axe pentru a atinge cerințe precise de planeitate de 0,02 mm și rugozitate Ra3,2.
Lustruirea electrolitică este un proces care utilizează principii electrochimice pentru a scăpa de micile denivelări de pe suprafața pieselor din aliaj de aluminiu. Acest lucru scade rugozitatea suprafeței de la Ra6 μm ​​la Ra0,2 μm și creează un strat de pasivare care face piesele mai rezistente la coroziune.
Folosind Al ₂ O3 sau mărgele de sticlă pentru a lovi suprafața cu viteză mare, tratamentul de sablare scapă de restul de praf și face ca suprafața să pară mai consistentă. De exemplu, o anumită companie a folosit sablare pentru a ajusta rugozitatea suprafeței implanturilor din aliaj de titan imprimate 3D-la Ra1,6 μm, ceea ce a ajutat celulele osoase să se lipească de ele.
Compensarea deformației determinată de simulare
Puteți utiliza software precum VoxelDance Engineering pentru a simula întregul proces de imprimare, pentru a ghici cum se vor schimba lucrurile și pentru a crea modele pentru compensare. O companie specifică, de exemplu, a redus deformarea pieselor după reglarea simulată de la 0,5 mm la 0,05 mm pentru duzele de combustibil ale motoarelor de aviație și a făcut spațiul de asamblare mai uniform cu 80%.
4. Planificați pentru a pune lucrurile cap la cap: Asigurați-vă că totul este corect în mod regulat
O platformă pentru asamblarea lucrurilor care este foarte rigidă
Folosind o bază de-rigiditate ridicată, un sistem precis de transmisie și ghidare și un design integrat pentru a reduce efectul deformării echipamentului asupra coaxialității ansamblului. De exemplu, în linia de asamblare pentru motoarele robotilor umanoizi, proiectarea de adaptare la mediu (cum ar fi menținerea constantă a temperaturii) este folosită pentru a reduce numărul de greșeli ale sistemului.
Ansamblu pentru poziționarea vizuală și controlul forței
Adăugați un sistem de viziune de înaltă{0}}precizie pentru a găsi poziția și direcția pieselor importante, cum ar fi statorul și rotorul, și pentru a remedia eventualele greșeli făcute în timpul asamblarii. În același timp, senzorii de control al forței integrati sunt instalați la sfârșit pentru a urmări modificările de forță și cuplu în timp real în mai multe direcții, făcând posibilă „inserția flexibilă”. De exemplu, o companie folosește tehnologia de control al forței pentru a menține ansamblul motorului și forța de presare să nu se schimbe cu mai mult de ± 5N, ceea ce împiedică rulmenții să se rupă.
Feedback într-o buclă închisă și capacitatea de a urmări datele
Colectarea datelor despre presiune, deplasare, cuplu și alți factori în timp real în timpul procesului de asamblare și compararea acestora cu fereastra de proces predeterminată. Sistemul va da automat o alarmă sau va lua măsuri dacă ceva nu merge bine. De exemplu, o companie realizează înregistrări separate ale procesului de asamblare pentru fiecare motor de robot umanoid, asigură controlul statistic al procesului (SPC) și trasabilitatea calității și face o consistență a lotului mai bună de 99,9%.
5. Cazuri din industrie și tendințe de așteptat
Domeniul aerospațial
GE Aviation folosește tehnologia SLM pentru a imprima duze de combustibil pentru motoarele LEAP. Aceasta combină 20 de piese într-una singură, făcându-l cu 25% mai ușor și durabil de 5 ori mai mult. Datorită controlului combinat al optimizării parametrilor de imprimare și al prelucrării de precizie CNC, precizia sa de asamblare este de ± 0,01 mm.
Domeniul implanturilor medicale
Johnson&Johnson DePuy Synthes utilizează cupe acetabulare din aliaj de titan imprimate 3D pentru a menține suprafața netedă sub Ra0,8 μm folosind lustruire electrolitică. Acest lucru, împreună cu un design structural poros, accelerează dezvoltarea osului cu 40%.