Mitkä ovat yleisiä vaikeuksia{0}}metallin 3D-tulostuksen jälkikäsittelyssä?

1. Pinnan karheuden säätö: siirtyminen "tyhjästä" "valmistuotteeseen"
Koska metallin 3D-tulostus kerää asioita kerroksittain, pinnalla on porrastettu rakenne, jonka karheus (Ra-arvo) on yleensä 6-12 μm. Tämä on huomattavasti karkeampaa kuin perinteinen koneistus, jonka karheusarvo on 0,8-1,6 μm. Esimerkiksi lentokoneiden moottoreiden siipien jäähdytyskanavan sisäseinän karheus on pidettävä alle 3 μm, muuten se heikentää huomattavasti lämmönsiirron tehokkuutta.
Ongelmia tekniikan kanssa:
Jäljelle jäävä tukirakenne: Tukirakenne, jota käytetään tulostuksen aikana estämään asiat muuttamasta muotoaan, voi jättää pintaan kuoppia tai kuoppia sen poistamisen jälkeen.
Jauhetartunta: Kun jauhehiukkaset eivät sula kokonaan, ne tarttuvat pintaan, jota kutsutaan "sferoidoitumiseksi".
Kerrosten väliset sidosjäljet: Laserskannausreittien risteämiseen voi muodostua pieniä kuoppia.
Vastaus:
Kemiallinen kiillotus: Happamien tai emäksisten liuosten käyttö pintakerroksen liuottamiseen voi tehdä siitä sileämmän kuin 1 μm, mutta sinun on oltava erittäin varovainen sen suhteen, kuinka kauan jätät sen liuokseen, jotta vältytään liialta korroosiolta.
Hiekkapuhalluskäsittely: Tasainen mattapinta saadaan aikaan lyömällä pintaan nopealla-hiekkavirralla. Tämä sopii hyvin monimutkaisiin sisäontelorakenteisiin, mutta se voi myös aiheuttaa uusia pintavirheitä.
Elektrolyyttinen kiillotus: Tämä menetelmä käyttää sähkökemiallisia periaatteita pinnan tasoittamiseksi mikroskooppisella tasolla. Se voi tarjota peilivaikutelman (Ra<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. Sisäisten vikojen korjaaminen: avain asioiden tihentämiseen ja parantamiseen.
3D-tulostettujen metalliosien sisäpuolen huokoisuus on yleensä 0,1-5%. Nämä pienet viat voivat aiheuttaa halkeamia, mikä lyhentää huomattavasti osien väsymisikää. Esimerkiksi titaaniseoksesta valmistetut implantit, joiden huokoisuus on yli 0,5 %, eivät välttämättä integroitu luuhun.
Ongelmia tekniikan kanssa:
Huokoset: Jos laserin intensiteetti on liian alhainen tai jauheessa on liikaa happea, sula allas voi hajota.
Ei tarpeeksi fuusio: heikko sidos kerrosten välillä, mikä johtaa mikrokerrostumiseen.
Halkeama: Kuuma tai kylmä halkeama, joka syntyy, kun jäännösjännitys kasvaa.
Vastaus:
Kuumaisostaattinen puristus (HIP): Materiaaliin kohdistuu paljon painetta (100–200 MPa) ja lämpöä (900–1200 astetta). Tämä saa sen muuttamaan muotoaan, sulkemaan sisäiset huokoset ja nostamaan sen tiheyden yli 99,9 %:iin. Esimerkiksi HIP-käsittely on kolminkertaistanut GE Aviationin valmistamien LEAP-moottoreiden polttoainesuuttimien väsymisiän.
Paikallinen tunkeutuminen: Tyhjiökyllästysmenetelmä täyttää tärkeät metalli{0}}pohjaisten komposiittimateriaalien alueet, joten se sopii ohutseinäisten rakenteiden kiinnittämiseen.
Laser-uudelleensulatus: Toisen skannauksen tekeminen alueille, joissa on pinta- tai sisävikoja, voi parantaa rakeita, mutta se voi myös lisätä uusia lämpöjännitystä.
3. Jäännösstressin hallinta: järjestelmäsuunnittelu muodonmuutosten hallintaan
Kun metallia tulostetaan 3D-tulostuksessa, nopean lämpenemisen ja jäähtymisen aiheuttama lämpöjännitys voi lähestyä 50–80 % materiaalin myötörajasta. Tämä voi aiheuttaa osien vääristymistä, rikkoutumista tai muodon muuttumista. Jäännösjännitys voi aiheuttaa useiden millimetrien muodonmuutoksia suurissa runkorakenteissa, mikä on huomattavasti yli hyväksyttävän.
Ongelmia tekniikan kanssa:
Epätasainen jännitysjakauma: Monimutkaiset geometriset muodot aiheuttavat suuria muutoksia lämpötilagradienteissa.
Substraatin rajoitusvaikutus: Kohdassa, jossa komponentti kohtaa alustan, muodostuu jännitystä, mikä voi helposti aiheuttaa kerrosten välistä delaminaatiota.
Moni-materiaalitulostushaaste: Eri materiaalien laajeneminen eri tahtiin nopeuttaa stressin muodostumista.
Vastaus:
Lämmitä alusta ennen tulostamista 200–500 celsiusasteeseen lämpötilaeron pienentämiseksi. Esimerkiksi Yunyao Shenwein Precision-sarjan koneissa on 500 asteen alustan esilämmitysominaisuus, joka vähentää titaaniseoksesta valmistettujen painettujen osien halkeilua.
Skannausstrategian optimointi: Käytä "saariskannausta" tai "shakkilaudan skannausta" levittääksesi lämmönsyötön ja estääksesi sen kuumenemasta liian kuumaksi yhdestä paikasta.
Stressinpoistohehkutus: Painatuksen jälkeen eristyskäsittely tehdään 600–700 asteessa, jotta yli 80 % jäljellä olevasta jännityksestä saadaan eroon.
4. Mittatarkkuuden takuu: askel eteenpäin "likimääräisestä muovauksesta" "verkkomuovaukseen"
Metallin 3D-tulostus on normaalisti ± 0,1 mm:n tarkkuudella, mutta kappaleille, joiden on oltava erittäin tarkkoja, kuten kellopyörät, tarvitaan lisätyöstöä. Mutta on erittäin vaikeaa työskennellä monimutkaisten sisäontelorakenteiden, kuten ristikkorakenteiden, kanssa, ja standardi jyrsintä tai sähköpurkauskoneistus (EDM) voi vahingoittaa sisäistä rakennetta.
Ongelmia tekniikan kanssa:
Kutistumismuodonmuutos: Kun metalli jäähtyy, sen tilavuus kutistuu, mikä saa mitat muuttumaan.
Tukirakenteiden aiheuttamat häiriöt: Jäljellä oleva tuki vaikeuttaa koneistuksen vertailutason löytämistä.
Ohuet{0}}seinämäiset rakenteet eivät ole tarpeeksi jäykkiä, joten työstövärähtelyt voivat helposti rikkoa työkaluja.
Vastaus:
Kompensoinnin suunnittelu: Aseta kutistumisen määrä CAD-mallissa etukäteen (yleensä 0,2 % - 0,5 %) ja tarkista korjaus tulostamalla se useita kertoja.
Viiden-akselin linkitystyöstö: DMG MORIn LASERTEC 65 3D -laitteisto on esimerkki moni-akselisesta CNC-työstökoneesta, jolla voidaan tulostaa ja jyrsiä samanaikaisesti.
Sähkökemiallinen koneistus (ECM) on menetelmä materiaalien poistamiseksi ilman mekaanista leikkausvoimaa. Se sopii ohutseinäisten rakenteiden tarkkuustyöstöön-.
5. Yhteensopivuus useiden materiaalien kanssa: ongelma toiminnallisesti luokiteltujen materiaalien kanssa
Metalli-3D-tulostus on hitaasti siirtymässä kohti moni-materiaalikomposiittia, jotta se vastaa keveyden, korroosionkestävyyden ja johtavuuden tarpeita. Mutta se, että eri materiaaleilla on vaihtelevat sulamispisteet ja lämpölaajenemiskertoimet, tarkoittaa, että niiden välinen sidoslujuus ei ole tarpeeksi vahva, mikä voi nopeasti johtaa delaminaatioon tai halkeiluun.
Ongelmia tekniikan kanssa:
Jauheen ristikontaminaatio-: jauheen jäännös osastoissa, joissa tulostetaan useita materiaaleja, heikentää materiaalien puhtautta.
Prosessiparametrien ristiriita: vaihtelevat materiaalit on sovitettava vaihteleviin lasertehoon, skannausnopeuteen ja muihin asetuksiin.
Rajapinnan suorituskyky huononee: hauraita vaiheita syntyy nopeasti eri materiaalien kohtaamisessa.
Vastaus:
Modulaarinen jauheensyöttöjärjestelmä: Esimerkiksi Yunyao Shenwein RESEARCH-sarjan laitteissa on itsenäiset jauheensyöttösäiliöt, joiden avulla voit vaihtaa eri materiaalikerrosten välillä.
Käyttöliittymän esikäsittely: Käytä laserpuhdistusta tai plasmaruiskutusta, jotta käyttöliittymä pysyy paremmin kiinni.
Numeerisen simulaation optimointi: Käytä ANSYS- tai COMSOL-ohjelmistoa mallintamaan eri materiaalien lämpö- ja mekaanisten ominaisuuksien vuorovaikutusta tulostusprosessin aikana. Tämä auttaa sinua määrittämään oikeat parametrit.
6. Oikean tasapainon löytäminen kustannusten ja tehokkuuden välillä: Suurin ongelma-suuren mittakaavan tuotannossa
Metalli 3D-tulostus maksaa 30–70 % tuotteen kokonaiskustannuksista, ja käsittelyaika on pitkä (tyypillisesti 2–5 kertaa tulostusaika), mikä vaikeuttaa sen käyttöä massatuotannossa. Esimerkiksi auton moottorin sylinterilohkon perinteinen valumenetelmä maksaa noin 500 yuania kappaleelta. 3D-tulostuksen ja jälkikäsittelyn-kustannukset sen sijaan voivat olla yli 3 000 yuania.
Ongelmia tekniikan kanssa:
Korkeat laitekustannukset: Huippuluokan-viiden-akselisten työstökeskukset maksavat yli 5 miljoonaa yuania, kun taas HIP-laitteet voivat maksaa jopa 20 miljoonaa yuania.
Prosessin ketjun pituus: Sinun on suoritettava useita vaiheita järjestyksessä, kuten lämmitys, langan leikkaaminen, tuen poistaminen, kiillotus ja kiillotus uudelleen.
Matala automaatiotaso: Monimutkaisten osien{0}}jälkikäsittely vaatii edelleen manuaalista työtä, mikä heikentää sen tehokkuutta.
Vastaus:
Tuotantolinjojen älykäs integrointi: Käytä AGV-kärryjä 3D-tulostimien, lämpökäsittelyuunien ja koneistuskeskusten yhdistämiseen niin, että koko prosessi toimii automaattisesti. Esimerkiksi Platinum Technologyn BLT-S800-laitteisto tarjoaa sisäänrakennetut-online-tunnistus- ja mukautuvat käsittelyominaisuudet.
Lisäävä valmistus: Vähennä tulostuksen jälkeen tulevien vaiheiden määrää synkronoimalla osittainen koneistus tulostusprosessin aikana. Mazakin INTEGREX i-400AM -koneet voivat vaihtaa laserpinnoituksen ja jyrsinnän välillä.
Digitaalinen prosessisuunnittelu: Siemens NX- tai Magics-ohjelmiston avulla voit löytää parhaan koneistuspolun ja vähentää joutoaikaa.