Jak uzyskać-wysoką precyzję montażu po wydrukowaniu 3D metalu?

1. Optymalizacja projektu: Zatrzymaj błędy montażowe, zanim one wystąpią.
Dynamiczna kompensacja i rozkład tolerancji
Bazując na charakterystyce procesu druku (np. dokładność SLM ± 0,05 mm i EBM ± 0,1 mm) zostaw miejsce na tolerancje montażowe już na etapie modelu 3D. Na przykład powierzchnia styku łopatek turbiny z tarczą silnika lotniczego musi mieścić się w tolerancji ± 0,02 mm. Funkcję „rozszerzanie poziome” można wykorzystać w celu kompensacji skurczu materiału podczas drukowania (na przykład stopień skurczu stopu tytanu wynosi około 0,8%). Oprogramowanie symulacyjne VoxelDance Engineering pomogło firmie Guangzhou Ruitong Additive Manufacturing Company ulepszyć kompensację deformacji implantów dentystycznych. Spowodowało to zmniejszenie odkształcenia pierścienia pozycjonującego z 0,3 mm do 0,1 mm, co rozwiązało problem dokładności montażu.
Standaryzowane interfejsy i modułowa konstrukcja
Używanie konwencjonalnych metod łączenia, takich jak złącza USB i konstrukcje wpuszczane i czopowe-w stylu Lego, aby ułatwić montaż. Na przykład model wyścigowy OpenRC F1 ma ustandaryzowane interfejsy, które ułatwiają użytkownikom wymianę części, takich jak opony i płetwy ogonowe. W przypadku skomplikowanych konstrukcji można je podzielić na mniejsze, osobne części (takie jak złącza, ogniwa i skorupy ramion robotów), które można wydrukować i złożyć niezależnie. Ułatwia to późniejszą naprawę i aktualizację.
Obsługa optymalizacji i łączenia-druku zadrukowanego w dół
Użyj powierzchni, która wymaga połączenia, jako podkładu do drukowania i użyj płaskości pierwszej warstwy, aby łączenie było dokładniejsze. Na przykład podczas drukowania dwóch półokrągłych modeli-skierowanie w dół może sprawić, że nakładanie warstw będzie mniej wpływać na szwy. Zmniejszenie powierzchni styku za pomocą wspornika kratowego lub stożkowego ułatwia późniejsze usunięcie. Na przykład przedmioty wykonane ze stali nierdzewnej 316L wykorzystują technikę skanowania szachownicy i skanowanie z przesunięciem konturowym, aby powierzchnia była mniej szorstka, od Ra12 μm do Ra3,2 μm.
2. Kontrola procesu: dokładne zarządzanie ustawieniami drukowania
Optymalizacja gęstości energii
Można regulować kształt roztopionego jeziorka, zmieniając moc lasera, prędkość skanowania i grubość warstwy. Może to pomóc w zapobieganiu problemom takim jak sferoidyzacja i niepełna fuzja. Na przykład gęstość energii stopu tytanu Ti6Al4V musi być utrzymywana w zakresie od 60 do 120 J/mm3. Jeśli moc jest zbyt mała lub prędkość jest zbyt duża, siła wiązania międzywarstwowego może nie być wystarczająco duża. Jeśli gęstość energii jest zbyt wysoka, może to spowodować pękanie naprężeniowe cieplne.
Dbamy o czystość powietrza i odpowiednią temperaturę
Aby zapobiec utlenianiu się metalu, na każdym etapie dodaje się-czysty argon lub azot (o zawartości tlenu poniżej 0,1%). Na przykład wstępne podgrzanie podłoża do 150–200 stopni przed drukowaniem stopu aluminium AlSi10Mg pomaga obniżyć naprężenia termiczne i zapobiec wypaczeniu. Ponadto zastosowanie technologii skanowania wielowiązkowego-może równomiernie rozłożyć dopływ ciepła i obniżyć naprężenia szczątkowe.
Monitorowanie online i przekazywanie informacji zwrotnej w pętli zamkniętej
Używane termometry na podczerwień, kamery jeziorka i inne czujniki do monitorowania pola temperatury i kształtu jeziorka w czasie rzeczywistym podczas drukowania. Na przykład jedna firma wykorzystuje algorytmy sztucznej inteligencji do sprawdzania zmian szerokości jeziorka stopionego materiału, automatycznej zmiany mocy lasera i zmniejszania porowatości od 0,5% do mniej niż 0,1%, co znacznie zwiększa gęstość materiału.
3. Technologia-obróbki końcowej: ulepszanie powierzchni i utrzymywanie jej kształtu.
Obróbka cieplna pozwala pozbyć się naprężeń wewnątrz materiału.
Wyżarzanie, podobnie jak ogrzewanie stopu tytanu w argonie w temperaturze 800 stopni przez dwie godziny, może pozbyć się naprężenia szczątkowego, które gromadzi się podczas drukowania i zapobiec zniekształceniom podczas montażu. Hartowanie i odpuszczanie pozwala na zwiększenie-twardości i wytrzymałości części. Przykładem są części ze stopów wysokotemperaturowych-na bazie niklu,-poddane obróbce metodą prasowania izostatycznego na gorąco (HIP). Ich gęstość wynosi prawie 100%, a wytrzymałość zmęczeniowa wzrosła o ponad 30%.
Precyzyjna obróbka skrawaniem i obróbka powierzchni wykonywana maszynowo
Obróbka CNC: W przypadku powierzchni funkcjonalnych, takich jak powierzchnie współpracujące łożysk, należy pozostawić odstęp 0,1–0,3 mm. Użyj pięcioosiowej obrabiarki CNC z-przegubami, aby osiągnąć precyzyjne wymagania dotyczące płaskości 0,02 mm i chropowatości Ra3,2.
Polerowanie elektrolityczne to proces wykorzystujący zasady elektrochemiczne w celu usunięcia małych nierówności na powierzchni części ze stopu aluminium. Obniża to chropowatość powierzchni z Ra6 μm ​​do Ra0,2 μm i tworzy warstwę pasywacyjną, która czyni części bardziej odpornymi na korozję.
Dzięki zastosowaniu Al ₂ O3 lub kulek szklanych uderzających w powierzchnię z dużą prędkością, piaskowanie pozwala pozbyć się resztek proszku i sprawia, że ​​powierzchnia wygląda bardziej spójnie. Na przykład pewna firma zastosowała piaskowanie, aby dostosować chropowatość powierzchni-drukowanych w 3D implantów ze stopu tytanu do Ra1,6 μm, co ułatwiło przyleganie komórek kostnych do nich.
Kompensacja deformacji sterowana symulacją
Możesz użyć oprogramowania takiego jak VoxelDance Engineering, aby symulować cały proces drukowania, odgadnąć, jak wszystko się zmieni i stworzyć modele w celu uzyskania rekompensaty. Na przykład konkretna firma zmniejszyła odkształcenie części po korekcie symulacyjnej z 0,5 mm do 0,05 mm dla dysz paliwowych silników lotniczych i zwiększyła luz montażowy nawet o 80%.
4. Zaplanuj poskładanie wszystkiego w całość: Regularne upewnianie się, że wszystko jest w porządku
Platforma do montażu rzeczy, która jest bardzo sztywna
Zastosowanie podstawy-o wysokiej sztywności, precyzyjnego systemu przenoszenia i prowadzenia oraz zintegrowanej konstrukcji w celu zmniejszenia wpływu deformacji sprzętu na współosiowość zespołu. Na przykład na linii montażowej silników robotów humanoidalnych stosuje się projekty adaptacji środowiskowej (takie jak utrzymywanie stałej temperatury), aby zmniejszyć liczbę błędów systemowych.
Zespół do wizualnego pozycjonowania i kontroli siły
Dodaj-precyzyjny system wizyjny, który pozwoli określić położenie i kierunek ważnych części, takich jak stojan i wirnik, i zrekompensuje wszelkie błędy popełnione podczas montażu. Jednocześnie na końcu znajdują się zintegrowane czujniki kontroli siły, które monitorują zmiany siły i momentu obrotowego w czasie rzeczywistym w kilku kierunkach, umożliwiając „elastyczne wkładanie”. Na przykład jedna firma stosuje technologię kontroli siły, aby zapobiec zmianom zespołu silnika i siły docisku o więcej niż ± 5 N, co zapobiega pękaniu łożysk.
Informacje zwrotne w zamkniętej pętli i możliwość śledzenia danych
Zbieranie danych dotyczących ciśnienia, przemieszczenia, momentu obrotowego i innych czynników w czasie rzeczywistym podczas procesu montażu i porównywanie ich z wcześniej ustalonym oknem procesu. System automatycznie podniesie alarm lub podejmie działania, jeśli coś pójdzie nie tak. Na przykład jedna firma prowadzi oddzielną dokumentację procesu montażu dla każdego silnika robota humanoidalnego, zapewnia statystyczną kontrolę procesu (SPC) i identyfikowalność jakości oraz zapewnia spójność partii lepszą niż 99,9%.
5. Przykłady branżowe i trendy, na które warto czekać
Dziedzina lotnictwa
GE Aviation wykorzystuje technologię SLM do drukowania dysz paliwowych do silników LEAP. Łączy to 20 elementów w jeden, dzięki czemu jest o 25% lżejszy i trwa 5 razy dłużej. Dzięki połączonej kontroli optymalizacji parametrów druku i precyzyjnej obróbce CNC, dokładność jego montażu wynosi ± 0,01mm.
Dziedzina implantów medycznych
Firma Johnson&Johnson DePuy Synthes wykorzystuje drukowane w 3D panewki ze stopu tytanu, aby zachować gładką powierzchnię poniżej Ra0,8 μm za pomocą polerowania elektrolitycznego. To, w połączeniu z porowatą konstrukcją, przyspiesza rozwój kości o 40%.