Kończysz lekki element dolotowy lub cienkościenną-obudowę silnika, wysyłasz go do druku 3D w metalu, a część wraca z krytyczną ścianką wypaczoną o 0,2–0,3 mm. Nie leży już płasko ani nie pasuje do współpracujących części. Dzieje się tak regularnie w przypadku cienkościennych-części metalowych z dodatkami, zwłaszcza gdy od początku nie udaje się opanować naprężeń szczątkowych.
Zniekształcenia nie są tajemnicze. Wynika to z przewidywalnego zachowania termicznego, a elementy sterujące są również przewidywalne. Poniżej znajduje się praktyczne wyjaśnienie, dlaczego tak się dzieje i co faktycznie działa, aby utrzymać cienkościenne-komponenty silnika w użytecznych granicach.
Dlaczego cienkie-metalowe części ścian wypaczają się
W DMLS lub SLM laser topi niewielką ilość proszku w wysokiej temperaturze, po czym materiał stygnie niezwykle szybko. Otaczający proszek i zestalony metal pozostają znacznie chłodniejsze. Ta duża różnica temperatur powoduje naprężenia szczątkowe.
Cienkie ściany cierpią najbardziej, ponieważ mają niską sztywność i ograniczone drogi ucieczki ciepła. Trzy problemy pojawiają się wielokrotnie:
Naprężenie szczątkowe spowodowane powtarzającymi się-cyklami topnienia
Podpory, które są zbyt słabe lub źle umieszczone, przez co część może odkształcić się podczas chłodzenia
Ciepło gromadzi się w smukłych sekcjach, które nie są w stanie wystarczająco szybko oddać energii cieplnej
Kiedy te czynniki się połączą, ściana, która wyglądała idealnie w modelu CAD, może z łatwością przesunąć się na tyle, że powierzchnie montażowe lub powierzchnie uszczelniające znajdą się poza tolerancją.
Praktyczne sposoby kontrolowania zniekształceń
Najpierw przygotuj projekt ściany
Jednolita grubość zachowuje się lepiej niż nagłe skoki z grubej na cienką. Dodanie lekkich żeber lub zaokrągleń w-niekrytycznych obszarach często zwiększa sztywność podczas budowy bez pogarszania docelowej wagi. Duże, płaskie, niepodparte przęsła są częstymi obszarami problematycznymi.-Złam je lub odpowiednio podeprzyj. Są to podstawy wykonalnych wytycznych projektowania druku 3D cienkościennego metalu.
Zorientuj część pod kątem naprężeń
Pionowe lub ukośne orientacje krytycznych cienkich ścian zwykle zmniejszają obszar topienia w dowolnym momencie i zmieniają się tam, gdzie koncentrują się naprężenia szczątkowe. Orientacja decyduje również, które powierzchnie będą nosiły znaki podporowe, dlatego powierzchnie funkcjonalne wymagają wczesnej uwagi.
Użyj podpór jako kotwic i ścieżek ciepła
Podpory służą nie tylko do zapobiegania spadaniu części. W-strefach dużych naprężeń potrzebują-wystarczającego przekroju poprzecznego, aby wytrzymać siły ciągnące i przewodzić ciepło. Równomiernie cienkie podpory często zawodzą dokładnie w tych miejscach, które mają największe znaczenie.
Kontroluj parametry i stosuj podgrzewanie, jeśli to możliwe
Stabilne, sprawdzone zestawy parametrów dla konkretnego stopu i maszyny są ważniejsze niż ciągłe majsterkowanie. Podgrzewanie podłoża zmniejsza różnicę temperatur pomiędzy jeziorkiem stopionego materiału a resztą części, co bezpośrednio obniża naprężenia szczątkowe.
Zmniejsz napięcie,-kiedy część nadal znajduje się na talerzu
Ten pojedynczy krok zapobiega znacznemu wypaczeniu-na późnym etapie. Obróbka cieplna zmniejsza naprężenia, podczas gdy płyta konstrukcyjna nadal utrzymuje geometrię. Najpierw wycięcie części, a następnie obróbka cieplna-to częsta przyczyna pojawiania się zniekształceń, gdy część wygląda dobrze na maszynie.
Stopy tytanu niosą ze sobą dodatkowe wyzwania-i przydatne lekcje
Stopy tytanu, takie jak Ti-6Al-4V, słabo przewodzą ciepło w porównaniu z wieloma stalami i stopami aluminium. Ciepło pozostaje zlokalizowane dłużej, więc naprężenia szczątkowe mogą być wyższe. Te same metody kontroli,-przemyślany projekt, orientacja, solidne podpory, dyscyplina parametrów i-odciążanie związane z płytką, dotyczą bezpośrednio implantów medycznych drukowanych 3D ze stopów tytanu. Części te charakteryzują się również cienkimi ściankami, złożonymi siatkami i zerową przestrzenią na dryft wymiarowy. Doświadczenie zdobyte przy cienkościennych elementach silników doskonale sprawdza się w pracy z implantami medycznymi i odwrotnie.
Dlaczego obróbka CNC wciąż ma znaczenie
Drukowanie 3D w metalu pozwala uzyskać kształt zbliżony-do netto. Zwykle nie zapewnia ostatecznych tolerancji powierzchni uszczelniających, powierzchni nośnych lub precyzyjnych punktów mocowania. Te funkcje prawie zawsze wymagają obróbki CNC. To samo hybrydowe podejście jest standardem w przypadku precyzyjnych produktów medycznych obrabianych CNC: produkcja przyrostowa tworzy złożoną geometrię, a CNC dostosowuje specyfikację powierzchni krytycznych. Zaprojektowanie zadrukowanego półfabrykatu z odpowiednim materiałem do obróbki na kluczowych powierzchniach sprawia, że połączenie jest wydajne.
Przykład przypadku: przywrócenie tolerancji wypaczonego cienkiego-komponentu ściany
W przypadku jednego elementu związanego z silnikiem o cienkościennym-stopie tytanu- wczesne wersje wykazały około 0,25 mm wypaczenia na powierzchni montażowej po usunięciu podpory. Grubość ścianki w dotkniętym obszarze wynosiła poniżej 1,5 mm, a pierwotna orientacja pozostawiła dużą rozpiętość poziomą.
Zmienione podejście obejmowało bardziej równomierne przejścia między ścianami, dodatkowe lokalne usztywnienia, lepszą orientację konstrukcyjną, mocniejsze podpory w-strefie dużych naprężeń, odprężanie w trakcie mocowania do płyty konstrukcyjnej oraz celową obróbkę materiału na powierzchni krytycznej. Po obróbce CNC powierzchnia montażowa uzyskała wymaganą tolerancję, a część została zmontowana bez problemów. Poprawa wynikała z traktowania projektu, procesu, obróbki cieplnej i obróbki mechanicznej jako jednego systemu, a nie oddzielnych etapów.
Na co zwrócić uwagę przy wyborze partnera do druku 3D w metalu
Nie każdy producent druku 3D do metalu lub fabryka druku 3D do metalu radzi sobie równie dobrze z cienkimi-ścianami. Przydatne sygnały obejmują:
Udokumentowane doświadczenie z geometrią-cienkich ścian i faktycznie używanymi stopami
Odciążanie-własne lub ściśle powiązane-odciążanie, w razie potrzeby możliwość stosowania technologii HIP i wykańczanie CNC
Właściwe narzędzia inspekcji i nawyk sprawdzania skutków-resztkowego stresu
Udokumentowana kontrola procesu zamiast{{0}jednorazowego zgadywania parametrów
Możliwość przejścia od prototypu do małych-masowych lub hurtowych niestandardowych części metalowych drukowanych w 3D bez spadku jakości-
Sklep, który wcześnie omawia ryzyko zniekształceń i korekty projektu, jest zwykle bardziej niezawodny niż ten, który po prostu podaje cenę za część.
Często zadawane pytania
P: Dlaczego cienkie-metalowe części wypaczają się podczas drukowania 3D?
Odp.: Szybkie lokalne ogrzewanie i chłodzenie powodują naprężenia szczątkowe. Cienkie sekcje nie mają sztywności i masy termicznej, aby wytrzymać to naprężenie, więc się poruszają.
P: Jaka jest realistyczna minimalna grubość ściany?
Odp.: To zależy od stopu, orientacji i strategii wsparcia. Wiele systemów może wytwarzać ściany w zakresie 0,5–1,0 mm, ale części funkcjonalne często wymagają większej grubości lub dodatkowego usztywnienia, aby zachować stabilność.
P: Czy druk 3D w metalu może zastąpić CNC w elementach silnika?
Odp.: Wyróżnia się złożoną geometrią wewnętrzną i redukcją masy. Ostateczne tolerancje i powierzchnie krytyczne nadal zwykle wymagają CNC. Większość rozwiązań produkcyjnych ma charakter hybrydowy.
P: Czy te same metody są przydatne w przypadku tytanowych implantów medycznych?
O: Tak. Implanty medyczne drukowane w 3D ze stopów tytanu stoją w obliczu podobnych wyzwań związanych z cienkimi-ściankami i-naprężeniami szczątkowymi. Obowiązują te same zasady projektowania i procesu.
P: Jak ocenić fabrykę drukującą 3D w metalu pod kątem tego rodzaju prac?
Odp.: Zapytaj o wrażenia z-cienkich ścian,-praktykę odprężania, możliwości CNC, metody kontroli i sposób, w jaki radzą sobie z opiniami projektowymi przed pierwszą kompilacją.