Jak w najbardziej rozsądny sposób połączyć druk 3D metalu i obróbkę CNC?

一, Komplementarność technologiczna: logiczna zmiana od „sprzeciwu” do „symbiozy”
Druk 3D metalu (na przykładzie technologii SLM/DMLS) wykorzystuje laser do topienia proszku metalu warstwa po warstwie, umożliwiając jednoczesne budowanie skomplikowanych konstrukcji wnętrz. Jego główne zalety to:
Przełom w zakresie strukturalnych stopni swobody: możliwość tworzenia struktur kratowych, konforemnych kanałów chłodzących, nierównych powierzchni i innych rzeczy, których nie są w stanie wykonać typowe maszyny CNC. Na przykład w przypadku pewnego korpusu zaworu hydraulicznego w wyniku druku 3D obieg oleju jest naprzemienny, co sprawia, że ​​kanał przepływowy jest o 300% bardziej skomplikowany. Obróbka CNC wymaga wielu zacisków i trudno jest upewnić się, że jest szczelna.
Produkcja przyrostowa nie marnuje żadnego materiału, a stopień wykorzystania materiału może przekraczać 90%, czyli znacznie więcej niż wskaźnik wynoszący 50–70% w przypadku obróbki CNC.
Możliwość szybkiej iteracji: po zmianie modelu cyfrowego można go od razu wydrukować bez konieczności ponownego formowania. Dzięki temu czas potrzebny na opracowanie nowych produktów skrócił się z miesięcy do dni.
Jednak początkowa dokładność (± 0,04 mm) i chropowatość powierzchni (Ra12,5 μm) druku 3D utrudniają zaspokojenie potrzeb-precyzyjnego montażu. W tym momencie obróbka CNC staje się bardzo ważna:
Korekcja wymiarowa: Aby zrekompensować odkształcenia skurczowe podczas druku należy wyfrezować powierzchnię prowadnicy obrabiarki z dokładnością ± 0,02mm.
Wykańczanie powierzchni: precyzyjne frezowanie podnosi chropowatość powierzchni z Ra12,5 μm w-stanie odlanym do Ra1,6 μm, a polerowanie lustrzane może nawet podnieść ją do Ra0,2 μm.
Kluczowa cecha obróbki: CNC doskonale nadaje się do wykonywania wszelkiego rodzaju obróbki lokalnej, takiej jak wykonywanie powierzchni czołowych z dużą precyzją i otworów gwintowanych z dużą precyzją.
2. Typowym przypadkiem użycia jest sytuacja, w której trzeba spełnić zarówno skomplikowane wymagania dotyczące struktury, jak i precyzji.
1. W branży lotniczej należy zachować równowagę pomiędzy lekkością a możliwością przenoszenia dużych ciężarów.
Jedna z firm z branży lotniczej wykorzystuje metodę „druku 3D + CNC” do wykonywania komór spalania silników:
Proces drukowania 3D: drukowanie skomplikowanych kształtów z dopasowanymi kanałami chłodzącymi z Inconel 718, wysokotemperaturowego stopu-na bazie niklu. Dzięki temu konstrukcje są o 35% lżejsze i wytrzymują temperatury do 1200 stopni.
Proces CNC: niezwykle-precyzyjna obróbka powierzchni uszczelniającej do płaskości 0,01 mm, aby zapewnić jej dobre działanie w sytuacjach-wysokiego ciśnienia.
Weryfikacja efektu: Cykl produkcyjny jest o 60% krótszy niż przy standardowych metodach odlewania i spawania, a trwałość zmęczeniowa jest dwukrotnie dłuższa.
2. Implanty medyczne: połączenie personalizacji i biokompatybilności
Jak powstają implanty ortopedyczne ze stopu tytanu:
Druk 3D: Korzystając z danych CT pacjenta, wydrukuj porowaty trzpień kości udowej o porowatości od 60% do 80% i wielkości porów od 200 do 500 μm. Będzie to naśladować kształt naturalnych beleczek kostnych.
Obróbka CNC: precyzyjne frezowanie stożkowej powierzchni stykającej się z jamą szpiku kostnego, aby upewnić się, że spełnia ona tolerancję poziomu H7 i zapewnia biologiczne utrwalenie.
Obróbka powierzchni: Piaskowanie i anodowanie powodują, że powierzchnia staje się bardziej szorstka, co ułatwia przyleganie komórek kostnych.
3. Formy przemysłowe: dobra równowaga pomiędzy skomplikowanymi kanałami przepływowymi i dobrym chłodzeniem
Pewna firma produkująca formy korzysta z mieszanego rozwiązania produkcyjnego:
Druk 3D tworzy jednocześnie rdzeń formy z trzema warstwami wewnętrznych kanałów chłodzących. Dzięki temu chłodzenie jest o 30% skuteczniejsze i rozwiązuje problem nieszczelności, który występuje w przypadku standardowego łączenia bloków.
Obróbka CNC: wypoleruj powierzchnię podziału do Ra0,4 μm, aby ułatwić usuwanie części plastikowych.
Porównanie kosztów: Koszt jednostkowy spadł o 42% i nie ma potrzeby martwić się o odpady z formy powstałe w wyniku odkształceń spawalniczych.
3, Ścieżka integracji procesów: usprawnienie całego procesu, od projektu po-przetworzenie końcowe
1. Faza projektowania: Optymalizacja topologii w zależności od ograniczeń procesu produkcyjnego.
DFAM (Design for Additive Manufacturing): Zastosowanie metody generowania struktury kratowej w celu zmniejszenia ciężaru o połowę przy zachowaniu wytrzymałości.
Zarezerwowany naddatek na obróbkę: Zarezerwuj 0,3–0,5 mm na elementy wymagające wykończenia CNC, takie jak powierzchnie montażowe i rozmieszczenie otworów. Dzięki temu wzory warstw druku nie będą miały wpływu na dokładność.
Optymalizacja konstrukcji nośnej: Skorzystaj z analizy symulacyjnej, aby zmniejszyć ilość podpór, mając jednocześnie pewność, że narzędzia CNC są nadal łatwo dostępne. Na przykład podpora pewnego wspornika lotniczego jest umieszczana na-nieobrobionej powierzchni, co skraca czas obróbki CNC o 30%.
2. Etap drukowania: wspólna praca nad regulacją ustawień i przetwarzaniem końcowym
Choose spherical powder (flowability>30s/50g), aby proszek rozprowadzał się bardziej równomiernie i obniżył porowatość do mniej niż 0,5%.
Technika obróbki cieplnej obejmuje wyżarzanie odprężające w temperaturze 650 stopni przez 2 godziny i prasowanie izostatyczne na gorąco (HIP) w celu podniesienia gęstości do ponad 99,9%.
Kontrola kierunku: Użyj oprogramowania Magics, aby znaleźć najlepszy kąt umieszczenia elementów, aby zmniejszyć ilość podpór potrzebnych do wiszących konstrukcji.
3. Etap obróbki CNC: połączenie pięciu-osi i inteligentna kompensacja
Pięcioosiowe centrum obróbcze-: system Siemens 840D służy do mocowania i obróbki skomplikowanych powierzchni za jednym razem, co zapobiega błędom w pozycjonowaniu.
Technologia cyfrowego bliźniaka: wykorzystanie symulacji Vericut do przewidywania zmian w obróbce i wprowadzania korekt w modelu z wyprzedzeniem. Przykładowo symulacja poprawiła dokładność konturu danej łopatki turbiny z ± 0,05 mm do ± 0,02 mm.
Kontrola maszyn: Używanie sond Renishaw do monitorowania wymiarów obróbki w czasie rzeczywistym i naprawiania błędów powstałych na skutek zużycia narzędzia.
4. Etap obróbki powierzchni: połączenie funkcjonalizacji i zdobnictwa
Piaskowanie: Użyj kulek szklanych o oczkach 120, aby uzyskać chropowatość powierzchni Ra3,2 μm, aby powłoka lepiej się trzymała.
Utlenianie mikrołukiem: Wykonaj powłokę ceramiczną o grubości 10 μm na powierzchni stopu tytanu. Folia ma twardość 1000HV i pięciokrotnie większą odporność na zużycie.
Powłoka PVD: Nałożenie powłoki TiN powoduje, że powierzchnia staje się twardsza (2200HV) i nadaje jej złoty wygląd.