Jak uniknąć deformacji obróbczych metalowych części drukowanych w 3D?

一, Faza projektowania: Optymalizacja topologii za pomocą symulacji naprężeń
1. Symulacja rozkładu naprężeń i przebudowa konstrukcji
Firma produkująca łopatki turbin dla przemysłu lotniczego wykorzystała oprogramowanie Simufact Additive do przeprowadzenia symulacji sprzężenia termomechanicznego. Zaobserwowali, że typowe konstrukcje wykazują koncentrację naprężeń w strefie przejściowej nasady łopatki. Zmiana przejścia kątowego na zaokrąglone przejście narożne o promieniu 5mm i wypełnienie obszaru nie przenoszącego naprężeń strukturą siatkową obniżyło szczyt naprężeń z 420MPa do 280MPa, a deformację druku o 62%. Ten scenariusz pokazuje, że optymalizacja topologii oparta na symulacji może z wyprzedzeniem znaleźć-punkty o wysokich naprężeniach i zapewnić równomierny rozkład naprężeń poprzez zmianę konstrukcji.
2. Inteligentne projektowanie konstrukcji, które wytrzymują
W tradycyjnym projektowaniu podpór stosuje się wzory empiryczne, które mogą łatwo spowodować gromadzenie się ciepła w jednym obszarze. Oprogramowanie VoxelDance Engineering firmy Manga Technology wykorzystuje technologię kompensacji deformacji skanowania do automatycznego tworzenia struktur wsporczych pasujących do kształtów części. Metoda ta poprawia gęstość rozkładu podpory podczas drukowania sztucznych rękojeści stawowych w firmie produkującej wyroby medyczne. Zmniejsza głębokość uszkodzeń powierzchni spowodowanych usunięciem podpory po spiekaniu z 0,3 mm do 0,05 mm oraz zmniejsza ilość potrzebnego materiału podporowego o 30%.
3. Budowa modelu kompensacji-przed deformacją
W przypadku korpusów zaworów hydraulicznych w lotnictwie, które muszą mieć dokładność w zakresie ± 0,02 mm, firma Platinum Technology Company stosuje proces-w pętli zamkniętej zwany „kompensacją skanowania druku”. W tym procesie oryginalny model jest drukowany ze stali nierdzewnej 316L, a skaner 3D ATOS Triple Scan pobiera rzeczywiste dane dotyczące odkształceń. Dane te są następnie wykorzystywane do utworzenia modelu odwrotnego-deformacji w oprogramowaniu Magics. Po dwóch rundach korekcji zasadnicza tolerancja wymiarowa części wzrosła z ± 0,15 mm do ± 0,03 mm, czyli wartości wymaganej przez normy lotnicze.
2, Etap procesu: wspólna kontrola wielu parametrów
1. Zmiana ustawień lasera w locie
Sprzęt Huashu High Tech FS200M dynamicznie zmieniał moc lasera i prędkość skanowania podczas drukowania komory spalania określonego silnika, obserwując w czasie rzeczywistym pole temperatury stopionego jeziorka. W obszarze grubości ścianki 3mm zastosowano parametr 800W/1200mm/s, natomiast w obszarze grubości ścianki 0,8mm zastosowano parametr 600W/800mm/s. Ta regulacja parametrów przegrody zmniejsza dopływ ciepła w-przekrojach cienkościennych o 40% i naprężenia szczątkowe o 55%. Rozwiązuje również problem deformacji spiekania w konstrukcji wspornikowej o grubości 0,5 mm.
2. Poprawa procedury nakładania proszku
Sprzęt EOS M 400-4 wykorzystuje technologię adaptacyjnego rozprowadzania proszku, aby poradzić sobie z wpływem grubości warstwy proszku na odkształcenia. Utrzymuje grubość warstwy na poziomie 40 μm w obszarze podpory i zmienia ją dynamicznie do 25 μm w-swobodnym obszarze powierzchni. Dane testowe pokazują, że takie podejście zmniejsza niewspółosiowość międzywarstwową cienkościennych części z 0,12 mm do 0,03 mm i zwiększa wartość chropowatości powierzchni Ra z 12,5 µm do 6,3 µm.
3. Kontrola atmosfery za pomocą gazu obojętnego
Urządzenie Platinum BLT-S800 utrzymuje bardzo niski poziom powietrza i wilgotności (poniżej 10% RH i 50 ppm) podczas drukowania implantów ortopedycznych ze stopu tytanu. Odbywa się to za pomocą systemu sterowania-w zamkniętej pętli. Eksperymenty porównujące różne środowiska wykazały, że może to obniżyć stopień utleniania proszku z 0,8% do 0,15%. Rozwiązuje to problem warstw tlenkowych utrudniających łączenie warstw i sprawia, że ​​części są o 18% mocniejsze.
3.Etap-końcowego przetwarzania polega na naprawieniu defektów i poprawie wydajności.
1. Obróbka zagęszczająca poprzez prasowanie izostatyczne na gorąco (HIP).
Pewna firma produkująca silniki lotnicze wykorzystała sprzęt do prasowania izostatycznego na gorąco QIH-15L do obróbki części ze stopu wysokotemperaturowego Inconel 718. Utrzymywanie części w temperaturze 1200 stopni/150 MPa przez 4 godziny spowodowało, że stały się gęstsze (od 99,2% do 99,98%) i mniej porowate (od 0,3% do 0,002%). Trwałość zmęczeniowa obrabianych części jest trzykrotnie dłuższa, a mikropęknięcia powstałe w procesie spiekania całkowicie znikają.
2. Proces gradientowej obróbki cieplnej
W przypadku korpusów zaworów hydraulicznych ze stali nierdzewnej 316L należy wykonać trzy-etapowy proces obróbki cieplnej: wyżarzanie odprężające w temperaturze 550 stopni przez 2 godziny, obróbka przesycająca w temperaturze 1050 stopni przez 1 godzinę i obróbka starzeniowa w temperaturze 480 stopni przez 4 godziny. Ta procedura powoduje, że części stają się twardsze, przechodząc od 180 HV do 280 HV, i obniżają naprężenia szczątkowe, przechodząc od 320 MPa do 80 MPa. Rozwiązuje to problem odbicia wymiarowego po obróbce.
3. Technologia usuwania inteligentnego wsparcia
W sprzęcie DMG MORI LASERTEC 65 3D do usuwania podpór wykorzystywane jest pięcioosiowe centrum obróbcze z przegubami: siła skrawania jest monitorowana w czasie rzeczywistym za pomocą systemu Force Control, a prędkość posuwu jest automatycznie dostosowywana. Testy wykazały, że technologia ta ułatwia o 40% usuwanie podpór i utrzymuje głębokość uszkodzeń powierzchni na poziomie 0,02 mm, czyli tego, czego potrzebują części lotnicze, aby pozostały nienaruszone.