Koje su uobičajene poteškoće u naknadnoj-obradi metalnog 3D ispisa?

1. Kontrola hrapavosti površine: od "prazno" do "gotov proizvod"
Budući da metalni 3D ispis gradi stvari u slojevima, površina ima stepenastu teksturu s hrapavošću (Ra vrijednost) koja je obično između 6 i 12 μm. Ovo je znatno grublje od tradicionalne strojne obrade, koja ima vrijednost hrapavosti od 0,8 do 1,6 μm. Na primjer, hrapavost unutarnje stijenke rashladnog kanala za lopatice motora zrakoplova mora se održavati ispod 3 μm, inače će uvelike smanjiti učinkovitost prijenosa topline.
Problemi s tehnologijom:
Preostala potporna struktura: potporna struktura koja se primjenjuje tijekom ispisa kako bi spriječila promjenu oblika može ostaviti udubine ili neravnine na površini nakon skidanja.
Prianjanje praha: Kada se čestice praha ne otope u potpunosti, zalijepe se za površinu, što se naziva "sferoidizacija".
Tragovi međuslojnog povezivanja: male neravnine mogu nastati na mjestima gdje se križaju staze laserskog skeniranja.
Odgovor:
Kemijsko poliranje: Korištenje kiselih ili alkalnih otopina za selektivno otapanje površinskog sloja može ga učiniti glatkijim od 1 μm, ali morate biti vrlo pažljivi o tome koliko dugo ga ostavljate u otopini kako biste izbjegli preveliku koroziju.
Tretman pjeskarenjem: ujednačena mat površina stvara se udaranjem površine -brzim protokom pijeska. Ovo je dobro za zamršene dizajne unutarnjih šupljina, ali također može stvoriti nove površinske greške.
Elektrolitičko poliranje: Ova metoda koristi elektrokemijske principe za izravnavanje površine na mikroskopskoj razini. Može pružiti efekt zrcala (Ra<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. Popravljanje unutarnjih nedostataka: ključ da stvari budu gušće i bolje.
Unutrašnjost metalnih 3D tiskanih dijelova obično ima poroznost od 0,1% do 5%. Ovi sitni nedostaci mogu uzrokovati stvaranje pukotina, što uvelike skraćuje vijek trajanja dijelova. Na primjer, implantati od legure titana s poroznošću većom od 0,5% možda se neće uspjeti integrirati u kost.
Problemi s tehnologijom:
Pore: Ako je intenzitet lasera prenizak ili prah ima previše kisika, rastaljena lonca može se raspasti.
Nedovoljno spajanje: slabo spajanje između slojeva, što dovodi do mikroslojavanja.
Pukotina: vruća ili hladna pukotina koja se događa kada se nakupi zaostalo naprezanje.
Odgovor:
Vruće izostatičko prešanje (HIP): Materijal se stavlja pod veliki pritisak (100–200 MPa) i toplinu (900–1200 stupnjeva). Zbog toga mijenja oblik, zatvara unutarnje pore i povećava svoju gustoću na iznad 99,9%. Na primjer, HIP tretman je utrostručio vijek trajanja mlaznica za gorivo u LEAP motorima koje proizvodi GE Aviation.
Lokalna infiltracija: Metoda vakuumske impregnacije ispunjava važna područja kompozitnih materijala-na bazi metala, što je čini dobrom za pričvršćivanje struktura s tankim zidovima.
Lasersko pretaljivanje: Izvođenje drugog skeniranja na područjima s površinskim ili unutarnjim oštećenjima može pomoći u poboljšanju zrnatosti, ali također može dodati nova toplinska opterećenja.
3. Upravljanje zaostalim naprezanjem: Inženjering sustava za kontrolu deformacije
Kada se metal 3D ispisuje, toplinski stres od brzog zagrijavanja i hlađenja može se približiti 50% do 80% granice razvlačenja materijala. To može uzrokovati iskrivljenje, lomljenje ili promjenu oblika dijelova. Zaostalo naprezanje može izazvati deformaciju od nekoliko milimetara u velikim okvirnim konstrukcijama, što je znatno iznad prihvatljivog.
Problemi s tehnologijom:
Neravnomjerna raspodjela naprezanja: Složeni geometrijski oblici uzrokuju velike promjene u temperaturnim gradijentima.
Učinak ograničenja supstrata: naprezanje se nakuplja na mjestu gdje se komponenta susreće sa supstratom, što može lako uzrokovati raslojavanje međusloja.
Izazov-ispisa s više materijala: činjenica da se različiti materijali šire različitim brzinama ubrzava stvaranje stresa.
Odgovor:
Prije ispisa zagrijte supstrat na između 200 i 500 stupnjeva Celzijusa kako biste smanjili temperaturnu razliku. Na primjer, strojevi serije Precision tvrtke Yunyao Shenwei imaju značajku predgrijavanja podloge od 500 stupnjeva koja smanjuje mogućnost pucanja tiskanih dijelova izrađenih od legure titana.
Optimiziranje strategije skeniranja: Upotrijebite "skeniranje otoka" ili "skeniranje šahovske ploče" kako biste rasporedili dovod topline i spriječili da na jednom mjestu postane prevruće.
Žarenje za ublažavanje naprezanja: nakon završetka ispisa, izolacijska obrada se vrši na 600-700 stupnjeva kako bi se riješilo više od 80% naprezanja koje je još uvijek prisutno.
4. Jamstvo točnosti dimenzija: korak naprijed od "približnog oblikovanja" do "mrežnog oblikovanja"
Metalni 3D ispis obično je točan unutar ± 0,1 mm, ali za dijelove koji moraju biti vrlo precizni, poput zupčanika sata, potrebna je daljnja strojna obrada. Ali vrlo je teško raditi sa zamršenim strukturama unutarnjih šupljina, takve rešetkaste strukture, a standardno glodanje ili obrada električnim pražnjenjem (EDM) mogu oštetiti unutarnju strukturu.
Problemi s tehnologijom:
Deformacija skupljanja: Kada se metal hladi, smanjuje se u volumenu, što uzrokuje promjenu dimenzija.
Smetnje potpornih struktura: Preostala potpora otežava pronalaženje referentne ravnine obrade.
Strukture tankih-zida nisu dovoljno čvrste, stoga vibracije prilikom obrade mogu lako slomiti alate.
Odgovor:
Dizajniranje kompenzacije: unaprijed postavite količinu skupljanja u CAD modelu (obično između 0,2% i 0,5%) i provjerite ispravak ispisivanjem više puta.
Peto{0}}osna polužna obrada: LASERTEC 65 3D oprema tvrtke DMG MORI primjer je više-osnog CNC alatnog stroja koji može raditi i tiskanje i glodanje u isto vrijeme.
Elektrokemijska strojna obrada (ECM) je metoda uklanjanja materijala bez potrebe za mehaničkom silom rezanja. Dobar je za preciznu obradu struktura tankih-stjenki.
5. Kompatibilnost s nekoliko materijala: problem s funkcionalno stupnjevanim materijalima
Metalni 3D ispis polako se kreće u smjeru više-kompozitnih materijala kako bi se zadovoljile potrebe za malom težinom, otpornošću na koroziju i vodljivošću. Ali činjenica da različiti materijali imaju različita tališta i koeficijente toplinske ekspanzije znači da čvrstoća veze između njih nije dovoljno jaka, što može brzo dovesti do raslojavanja ili pucanja.
Problemi s tehnologijom:
Unakrsna-kontaminacija praha: zaostali prah u odjeljcima za ispis s više materijala narušavaju čistoću materijala.
Sukob parametara procesa: različite materijale potrebno je uskladiti s različitim snagama lasera, brzinom skeniranja i drugim postavkama.
Performanse sučelja se pogoršavaju: lomljive faze se brzo pojavljuju na mjestima gdje se susreću različiti materijali.
Odgovor:
Modularni sustav opskrbe prahom: Na primjer, oprema serije RESEARCH tvrtke Yunyao Shenwei ima neovisne spremnike za opskrbu prahom koji vam omogućuju izmjenu između različitih slojeva materijala.
Predobrada sučelja: Koristite lasersko čišćenje ili prskanje plazmom kako bi se sučelje bolje držalo.
Optimizacija numeričke simulacije: Koristite softver ANSYS ili COMSOL za modeliranje interakcije toplinskih i mehaničkih svojstava različitih materijala tijekom procesa ispisa. To će vam pomoći da odredite prave parametre.
6. Pronalaženje prave ravnoteže između troškova i učinkovitosti: najveći problem s-velikom proizvodnjom
Metalni 3D ispis košta 30% do 70% ukupne cijene proizvoda, a vrijeme obrade je dugo (obično 2-5 puta duže od vremena ispisa), što ga čini teškim za korištenje u masovnoj proizvodnji. Na primjer, tradicionalni postupak lijevanja bloka cilindra automobilskog motora košta otprilike 500 juana po komadu. Trošak 3D ispisa i naknadne-obrade, s druge strane, mogao bi biti veći od 3000 juana.
Problemi s tehnologijom:
Visoki troškovi opreme: vrhunski-centri za obradu s pet-osi koštaju više od 5 milijuna juana, dok HIP oprema može koštati i do 20 milijuna juana.
Duljina procesnog lanca: Morate napraviti nekoliko koraka redom, kao što su zagrijavanje, rezanje žice, uklanjanje nosača, poliranje i ponovno poliranje.
Niska razina automatizacije: još uvijek je potreban ručni rad za naknadnu-obradu složenih dijelova, što je čini manje učinkovitom.
Odgovor:
Pametna integracija proizvodnih linija: Koristite AGV kolica za povezivanje 3D pisača, peći za toplinsku obradu i obradnih centara tako da cijeli proces teče automatski. Na primjer, oprema BLT-S800 tvrtke Platinum Technology nudi ugrađenu-online detekciju i mogućnosti prilagodljive obrade.
Dodatna proizvodnja: Kako biste smanjili broj faza koje dolaze nakon ispisa, sinkronizirajte djelomičnu strojnu obradu tijekom procesa ispisa. Mazakovi strojevi INTEGREX i-400AM mogu se prebacivati ​​između laserskog oblaganja i glodanja.
Digitalno planiranje procesa: korištenje softvera Siemens NX ili Magics za pronalaženje najboljeg puta obrade i smanjenje vremena mirovanja.