Terminați o componentă ușoară de admisie sau carcasa motorului cu-pereți subțiri, o trimiteți pentru imprimare 3D din metal, iar piesa revine cu un perete critic deformat cu 0,2–0,3 mm. Nu se mai așează plat sau se aliniază cu părțile de împerechere. Acest lucru se întâmplă în mod regulat cu piesele aditive metalice-subțiri, mai ales când stresul rezidual nu este gestionat de la început.
Distorsiunea nu este misterioasă. Vine dintr-un comportament termic previzibil, iar comenzile sunt, de asemenea, previzibile. Mai jos este o privire practică asupra motivului pentru care apare și a ceea ce funcționează de fapt pentru a menține componentele motorului de-perete subțire în limitele toleranței utilizabile.
De ce se deformează-piesele metalice de perete subțire
În DMLS sau SLM, un laser topește un volum mic de pulbere la temperatură ridicată, apoi materialul se răcește extrem de rapid. Pulberea din jur și metalul solidificat rămân mult mai reci. Acea diferență abruptă de temperatură creează stres rezidual.
Pereții subțiri suferă cel mai mult deoarece au o rigiditate scăzută și căi limitate pentru a scăpa căldura. Trei probleme apar în mod repetat:
Stresul rezidual blocat de cicluri repetate de topire-răcire
Suporturi prea slabe sau prost plasate, astfel încât piesa să se poată scăpa de formă în timpul răcirii
Căldura se acumulează în secțiunile subțiri care nu pot elimina suficient de repede energia termică
Când acești factori se combină, un perete care arăta perfect în modelul CAD se poate mișca cu ușurință suficient pentru a scoate fețele de montare sau suprafețele de etanșare în afara toleranței.
Modalități practice de a ține sub control distorsiunea
Obțineți mai întâi designul corect al peretelui
Grosimea uniformă se comportă mai bine decât săriturile bruște de la gros la subțire. Adăugarea de nervuri ușoare sau fileuri în zonele ne-critice crește adesea rigiditatea în timpul construcției, fără a distruge greutatea țintă. Întinderile mari plate nesuportate sunt zone cu probleme frecvente-le descompun sau le susțin corespunzător. Acestea sunt elementele de bază ale liniilor directoare de proiectare a imprimării 3D din metal cu pereți subțiri.
Orientați partea ținând cont de stres
Orientările verticale sau unghiulare pentru pereții subțiri critici reduc de obicei zona topită în orice moment și modifică locul în care se concentrează stresul rezidual. Orientarea decide, de asemenea, ce suprafețe vor purta semne de sprijin, astfel încât fețele funcționale necesită o atenție timpurie.
Utilizați suporturi ca ancore și cai de căldură
Suporturile nu sunt doar acolo pentru a opri piesa să cadă. În zonele de-solicitare ridicată, au nevoie de suficientă secțiune-transversală pentru a rezista forțelor de tracțiune și pentru a conduce căldura. Suporturile uniform subțiri eșuează adesea exact în locurile care contează cel mai mult.
Controlați parametrii și utilizați preîncălzirea atunci când este disponibilă
Seturile de parametri stabile, validate pentru aliajul specific și mașina contează mai mult decât modificarea constantă. Preîncălzirea substratului reduce diferența de temperatură dintre bazinul de topitură și restul piesei, ceea ce reduce direct stresul rezidual.
Eliberați-stresul în timp ce piesa este încă pe farfurie
Acest singur pas previne o mare parte a deformarii-târzii. Tratamentul termic relaxează stresul în timp ce placa de construcție păstrează încă geometria. Tăierea piesei eliberată mai întâi și apoi tratarea termică-este un motiv comun pentru care apare distorsiunea după ce piesa arată bine pe mașină.
Aliajele de titan aduc provocări suplimentare-și lecții utile
Aliajele de titan, cum ar fi Ti-6Al{-4V conduc căldura slab în comparație cu multe oțeluri sau aliaje de aluminiu. Căldura rămâne localizată mai mult timp, astfel încât stresul rezidual poate crește. Aceleași metode de control-design atent, orientare, suporturi robuste, disciplină a parametrilor și reducere a tensiunii legate de plăci-se aplică direct la implanturile medicale imprimate 3D din aliaje de titan. Aceste părți au, de asemenea, pereți subțiri, zăbrele complexe și spațiu zero pentru deriva dimensională. Experiența dobândită cu componentele motoarelor cu pereți subțiri se transferă bine la lucrările de implant medical și invers.
De ce este încă importantă finisarea CNC
Imprimarea 3D din metal vă oferă o formă aproape-netă. De obicei, nu oferă toleranțe finale pe fețele de etanșare, suprafețele lagărelor sau punctele de montare precise. Aceste caracteristici necesită aproape întotdeauna prelucrare CNC. Aceeași abordare hibridă este standard pentru produsele medicale prelucrate CNC cu precizie: fabricarea aditivă creează geometria complexă, iar CNC aduce suprafețele critice în specificații. Proiectarea semifabricatului imprimat cu stoc de prelucrare adecvat pe fețele cheie face combinația eficientă.
Exemplu de caz: readucerea la toleranță a unei componente de perete subțire-deformat
Pe o componentă asociată cu motorul-din aliaj de titan cu pereți subțiri-, versiunile timpurii au prezentat aproximativ 0,25 mm deformare pe o față de montare după îndepărtarea suportului. Grosimea peretelui în zona afectată a fost sub 1,5 mm și orientarea inițială a lăsat o deschidere orizontală mare.
Abordarea revizuită a inclus tranziții mai uniforme ale peretelui, a adăugat rigidizare locală, o orientare mai bună a construcției, suporturi mai puternice în zona de-solicitare ridicată, reducerea tensiunii în timp ce este încă atașată la placa de construcție și stoc de prelucrare deliberat pe fața critică. După finisarea CNC, fața de montare a intrat în toleranța necesară și piesa a fost asamblată fără probleme. Îmbunătățirea a venit din tratarea proiectării, procesului, tratamentului termic și prelucrarii ca un sistem, mai degrabă decât pași separați.
Ce să verificați atunci când alegeți un partener de imprimare 3D din metal
Nu toți producătorii de imprimare 3D din metal sau fabricile de imprimare 3D din metal se ocupă de peretele subțire-funcționează la fel de bine. Semnalele utile includ:
Experiență demonstrată cu geometriile-pereților subțiri și aliajele pe care le utilizați efectiv
Reducerea-de stres în casă sau strâns legată, capacitatea HIP atunci când este necesar și finisare CNC
Instrumente adecvate de inspecție și un obicei de a verifica efectele-de stres rezidual
Control documentat al procesului, mai degrabă decât{0}}ghicirea unică a parametrilor
Capacitatea de a trece de la prototip la piese imprimate 3D de metal personalizate în loturi mici-sau angro, fără pierderi de calitate-
Un magazin care discută din timp despre riscul de distorsiune și ajustările de design este de obicei mai fiabil decât unul care pur și simplu cotează un preț pe piesă.
FAQ
Î: De ce părțile metalice-subțiri se deformează în timpul imprimării 3D?
R: Încălzirea și răcirea locală rapidă creează stres rezidual. Secțiunilor subțiri le lipsește rigiditatea și masa termică pentru a rezista la acest stres, așa că se mișcă.
Î: Care este grosimea minimă realistă a peretelui?
R: Depinde de aliaj, orientare și strategia de suport. Multe sisteme pot produce pereți în intervalul 0,5–1,0 mm, dar piesele funcționale necesită adesea o grosime mai mare sau o rigidizare suplimentară pentru a rămâne stabile.
Î: Metal 3D Printing poate înlocui CNC pentru componentele motorului?
R: Excelează la geometria internă complexă și la reducerea greutății. Toleranțele finale și suprafețele critice necesită încă de obicei CNC. Majoritatea soluțiilor de producție sunt hibride.
Î: Sunt aceleași metode utile pentru implanturile medicale din titan?
A: Da. Implanturile medicale imprimate 3D din aliaje de titan se confruntă cu provocări similare cu pereți subțiri-și stres-reziduali. Se aplică aceleași discipline de design și proces.
Î: Cum evaluez o fabrică de imprimare 3D din metal pentru acest tip de lucru?
R: Întrebați despre experiența-peretelui subțire, practica-de eliberare a tensiunii, capacitatea CNC, metodele de inspecție și modul în care acestea gestionează feedback-ul de proiectare înainte de prima construcție.