Voitko 3D-tulostaa mukautetun imusarjan alumiinista?

Suurin osa metallista3D-painettu alumiininen imusarjaprojekteissa käytetään laserjauhepetifuusiota (SLM tai L-PBF). Laser sulattaa ohuita kerroksia alumiinijauhetta peräkkäin CAD-tiedoston mukaan. Muottia ei tarvita. Monimutkaiset sisäkannattimet ja liitäntälaatikot voidaan muodostaa yhtenä kappaleena.

Yleisin seos on AlSi10Mg. Se on valutyyppinen alumiini-pii-magnesium-seos, joka tarjoaa vakaan lujuuden, lämmönjohtavuuden ja painettavuuden tasapainon. Se on laajalti määritelty auto- ja ilmailu-osille, jotka tarvitsevat kevyen painon ja kunnollisen lämmönsiirron. AlSi10Mg 3D-tulostuksesta on tullut oletusreitti monille mukautetuille syöttösovelluksille juuri näistä syistä.

Mitkä jakosarjan osat ovat hyviä ehdokkaita
Kannattimet, joissa on optimoidut virtausreitit, monimutkaiset liitäntälaatikot, integroidut asennusominaisuudet ja sisäiset kanavat, joita olisi vaikea tai mahdotonta ytimellä perinteisessä valussa, ovat vahvimpia käyttötapauksia. Yksinkertaiset ulkoiset muodot ja vain vähän sisäistä monimutkaisuutta oikeuttavat harvoin prosessin.

Journal of Materials Science & Technology -lehdessä vuonna 2020 julkaistussa vertailevassa tutkimuksessa tarkasteltiin SLM AlSi10Mg:tä samaan valulla valmistettuun seokseen verrattuna. SLM-materiaalilla oli suurempi vetolujuus (noin 430–445 MPa verrattuna noin 313–315 MPa valumateriaaliin huoneenlämpötilassa), mutta pienempi venymä. Väsymisikä oli lyhyempi, koska jäännössulamattomat jauhehiukkaset, oksidisulkeumat ja huokoset toimivat halkeamien alkupisteinä.

Vuoden 2016 MATEC Web of Conferences -paperin mukaan optimoidut SLM-parametrit voivat saavuttaa 99,13 %:n suhteellisen tiheyden. Mekaaniset ominaisuudet näissä olosuhteissa olivat verrattavissa ja joissakin tapauksissa parempia kuin korkeapainepainevalettu A360-lejeering, jopa ilman raskasta jälkikäsittelyä.

Vakiintuneiden jauhetoimittajien materiaalitiedot sisältävät AlSi10Mg:n moottoriin liittyville komponenteille, mukaan lukien imusarjat, sen lujuuden, lämmönjohtavuuden ja alhaisen tiheyden yhdistelmän vuoksi.

Voima on hyvä, mutta huokoset ja väsymys ovat todellisia varotoimia
Staattinen lujuus on harvoin imusarjan rajoittava tekijä. Syklinen kuormitus, tärinä ja pitkäkestoinen väsymyksenkestävyys ovat tärkeämpiä. Jäljellä oleva huokoisuus ja pintaan liittyvät viat voivat lyhentää väsymisikää. Asianmukainen prosessinohjaus, tiheystarkastukset ja lämpökäsittely ovat välttämättömiä.

Kolme laatukysymystä, joita suosittelemme aina kysymään:

Minkä suhteellisen tiheyden saavutat jatkuvasti ja miten se mitataan?

Mikä lämpökäsittelysykli on sovellettu - stressin lievitys, ikääntyminen vai molemmat?

Teetkö CT-skannausta, painetestausta tai molempia kriittisillä virtausreiteillä?

Rakennuksissamme olemme nähneet, että tiheyden todentaminen ja oikea lämpökäsittely vaikuttavat pitkäaikaiseen luotettavuuteen enemmän kuin pelkät painetut vetolukemat.

Työkalujen puuttuminen tarkoittaa, että suunnittelun iteraatiot voivat tapahtua päivissä viikkojen sijaan. Sisäinen virtausgeometria voidaan optimoida ilman sydän- ja vetokulmarajoja. Ominaisuudet, jotka normaalisti vaativat hitsausta tai kokoonpanoa, voidaan tulostaa yhtenä kappaleena.

Painonpudotus on toinen käytännön hyöty. FEV LeiMot -projektissa lisäainevalmistusmenetelmällä valmistettu AlSi10Mg-sylinterikanne säästi 2,3 kg (22 %) verrattuna perinteiseen valuun ja moottorin pääkomponentit olivat yhteensä noin 21 % kevyempiä. Äskettäin Nikon SLM Solutions ja Bosch esittelivät täydellisen yksiosaisen V8-moottorilohkon, joka on painettu AlSi10Mg:lla, mikä osoittaa, että suuret, monimutkaiset alumiiniset voimansiirtoosat ovat nyt realistisia tuotantokelpoisissa koneissa.

Asiakas tarvitsi pienen erän suorituskykyisiä imusarjoja, joiden juoksuputkien geometria oli tarkistettu. Valutyökalut olivat liian hidasta ja liian kallista suunniteltuja suunnittelusilmukoita varten.

Suuntasimme osan pitämään tuki mahdollisimman poissa kriittisistä virtausreiteistä, kontrolloimme tuen sijoittelua huolellisesti, teimme jännityksenpoistolämpökäsittelyn ja CNC-koneistimme tiivistyspinnat ja asennusrajapinnat lopulliseen toleranssiin. Tiheys- ja mittatarkistukset suoritettiin ennen osien lähtöä. Jakotukit täyttivät vaaditun virtaus- ja tiivistyskyvyn ja saapuivat nopeammin kuin perinteinen työkalureitti olisi mahdollistanut.

Tämä sarjatulostussuuntaus, kontrolloidut tuet, lämpökäsittely ja sitten tiivistyspintojen CNC-viimeistely on tavallinen tapa käsitellä 3D-tulostettua alumiinista imusarjaa, kun geometrian monimutkaisuus ja aikataulu ovat tärkeämpiä kuin suuren volyymin yksikkökustannukset.

Suurin tuotantomäärän autoissa, joissa hinta per osa on hallitseva, perinteinen valu on edelleen taloudellisempaa, kun työkalut on maksettu.

Tiivistyspinnat, kriittiset kierteet ja tarkkuusasennuspinnat tarvitsevat lähes aina CNC-viimeistelyn tulostuksen jälkeen. Pelkästään painatusliike ei voi toimittaa asennusvalmiita jakotukia. Etsi analumiinista 3D-tulostusta tehdas, joka pystyy hoitamaan sekä lisäysvaiheen että tarvittavan koneistuksen saman katon alla.

Polymeeri- tai hiilikuituvahvisteiset nailonjakoputket voivat olla vielä kevyempiä, ja niitä on käytetty joissakin kilpa-prototyypeissä. Ne sopivat tiettyihin kilpailu- tai lyhytaikaisiin prototyyppiympäristöihin, mutta niillä on erilaiset lämpötila- ja pitkäkestoisuusrajat alumiiniin verrattuna. Ne eivät ole suoria korvikkeita jatkuvassa moottorin lämmössä.

Esitä nämä viisi kysymystä:

Voitko toimittaa materiaalitodistukset ja mitatut tiheys- tai huokoisuustiedot tietylle rakenteelle?

Teetkö omassa lämpökäsittelyssä (stressin lievitys tai vanheneminen)?

Voitko CNC-koneella tiivistää pinnat, portit ja asennusominaisuudet tulostuksen jälkeen?

Mitä tarkastusmenetelmiä on saatavilla - TT-skannaus, painetestaus, mittaraportit?

Mitkä ovat realistiset toimitusajat ja vähimmäismäärät prototyypeille ja pienille erille?

Osaava räätälöity imusarjan valmistaja tai pienen erän imusarjan toimittaja vastaa selkeästi ja voi näyttää prosessin todisteita. OEM-imusarjan 3D-tulostuskumppanin tulee myös osoittaa kokemusta autotason dokumentoinnista ja jäljitettävyydestä. Dokumentoidut laatujärjestelmät ja prosessinohjaus antavat lisävarmuutta siitä, että samat standardit pätevät ensimmäisestä prototyypistä seuraavaan pieneen erään.

Kuinka paljon 3D-tulostettu imusarja maksaa, riippuu osan tilavuudesta (rakennuskorkeus ja jauheen käyttö), tukirakenteen tilavuudesta, jälkikäsittelystä (lämpökäsittely, koneistus, pinnan viimeistely) ja määrästä. Suuremmat tai voimakkaasti tuetut osat maksavat enemmän kappaleelta. Prototyyppien läpimenoajat mitataan tyypillisesti päivistä muutamaan viikkoon, kun tiedosto on valmis, yleensä huomattavasti lyhyempi kuin työkalureitti. Pienet tuotantoerät noudattavat samaa prosessia vähemmällä iteraatiolla.

Tarkka hinnoittelu vaatii CAD-mallin ja spesifikaation. Tärkeimmät kustannustekijät ovat geometrian monimutkaisuus, tarvittava jälkikäsittely ja tilausmäärä.

Hyvin toteutettu 3D-painettu alumiininen imusarja ratkaisee työkalujen viiveen ja suunnittelun joustavuusongelmia, joita perinteinen valu luo räätälöityihin ja vähävolyymiin töihin. Menestys riippuu oikean metalliseoksen valinnasta, tiheyden ja jälkikäsittelyn hallinnasta sekä työskentelystä liikkeen kanssa, joka pystyy viimeistelemään kriittiset pinnat.