Ali površinska obdelava vpliva na tolerance dimenzij? Skriti stroški popolnega zaključka?

Če ste določali ali kupovali dele 3D Metal Printing Materials za kakršno koli resno uporabo, ste se verjetno že pogovarjali o tem: model CAD je videti popoln, tolerance so jasno označene kot ±0,05 mm, del se lepo tiska ... in potem po končni obdelavi površine ne ustreza več. Stranka pokliče razočarana in sprašuje, kaj je šlo narobe.

Po 15 letih dela z inženirji, skupinami za nabavo in vodji raziskav in razvoja na projektih SLM 3D Printing Metal vam lahko to z zaupanjem povem: površinska obdelava je eden najbolj podcenjenih dejavnikov, ki vplivajo na končne tolerance dimenzij. Številne ekipe obravnavajo zaključek kot kozmetični korak. V resnici gre za subtraktiven (ali včasih aditivni) proizvodni proces, ki neposredno spremeni kritične dimenzije.

Danes delim praktične stvari, ki sem se jih naučil iz več sto resničnih proizvodnih serij - dobre, slabe in drage lekcije -, da se lahko izognete najpogostejšim pastem pri delu s tovarno 3D-tiskanja kovin po meri.

Pogovor, ki ga mora imeti vsak inženir

Največji mit v aditivni proizvodnji je, da je del, ki pride iz tiskalnika, končni del. Ni res. To je komponenta »skoraj-neto-oblike«, ki skoraj vedno zahteva naknadno-obdelavo, da izpolni funkcionalne zahteve.

Svojim strankam vedno rečem: "Prvi dizajn za zaključek, ne zadnji." Ker ko se odločite za površinsko obdelavo -, ne glede na to, ali gre za peskanje, elektropoliranje, CNC obdelavo ali eloksiranje -, morate ustrezno prilagoditi svoj model CAD in tolerance. Če tega ne storite, je eden najhitrejših načinov, da požrete proračune za prototipe.

Napetost je resnična: marketing in QA želita lepe, gladke površine, medtem ko strojni inženirji potrebujejo natančno prileganje in ozke tolerance. Usklajevanje teh zahtev je tisto, kjer si izkušene ekipe proizvajalcev kovinskega 3D-tiskanja zaslužijo.

Razumevanje dimenzijske tolerance v svetu aditivne proizvodnje

noterKovinski materiali za 3D tiskanje, se toleranca nanaša na to, kako natančno se končni fizični del ujema z predvideno geometrijo CAD. Za postopke SLM so -tiskane tolerance običajno v razponu od ±0,1 mm do ±0,3 mm, odvisno od velikosti dela, geometrije in materiala. To je začetna točka - in ne ciljna črta.

Debelina sloja igra pomembno vlogo. Plast debeline 30 μm bo na splošno zagotovila boljšo "surovo" natančnost kot plast debeline 60 μm, vendar tudi poveča čas izdelave in stroške. Tudi z optimiziranimi parametri toplotni gradienti med tiskanjem ustvarjajo preostale napetosti, ki povzročijo rahlo zvijanje ali krčenje, ko je del odstranjen iz delovne plošče.

Zato storitve natančnega 3D-tiskanja kovin skoraj vedno vključujejo pogovor o naknadni-obdelavi na začetku projekta.

Kako drugače3D kovinski materialMožnosti Odziv na končno obdelavo

Vsi materiali se ne obnašajo enako, ko začnete odstranjevati ali dodajati površini.

Titan (Ti6Al-4V): Trden in močan, vendar se ob delu hitro strdi. Odporen je na odstranjevanje materiala, kar otežuje nadzorovano končno obdelavo. Pogosto so potrebna posebna orodja in počasnejši postopki.

Aluminij (AlSi10Mg): mehak in enostaven za poliranje, hkrati pa ga je zelo enostavno odstraniti. Hitro lahko izgubite kritične dimenzije, če proces ni strogo nadzorovan.

Nerjaveče jeklo (316L): predvidljiv delovni konj. Dobro se odziva na elektropoliranje in mehansko končno obdelavo, z relativno doslednimi stopnjami odstranjevanja materiala.

Inconel in nikljeve superzlitine: Izjemno težko jih je obdelati zaradi visoke trdote in -otrditve. Te pogosto zahtevajo kombinacijo toplotne obdelave za lajšanje napetosti, ki ji sledijo previdne abrazivne ali elektrokemične metode.

Izkušena ekipa dobaviteljev kovinskega materiala za 3D-tiskanje vam bo pomagala izbrati pravo zlitino ob upoštevanju končne obdelave in ne le mehanskih lastnosti.

"Odštevalci": končni procesi, ki odvzamejo material

Večina površinskih obdelav pri proizvodnji kovinskih dodatkov je subtraktivnih.

Peskanje / peskanje s kroglicami: običajno odstrani 5–15 μm. Odlično za čiščenje, vendar doda variabilnost, če ni nadzorovano.

Elektropoliranje: Odstrani 10–40 μm, odvisno od časa cikla in gostote toka. Odličen za kompleksne geometrije in notranje površine, ker deluje prek elektrike in ne fizičnega kontakta.

CNC post{0}}obdelava: najbolj natančna, a tudi najdražja. Na kritičnih funkcijah lahko doseže ±0,01 mm, vendar morate pustiti zalogo (običajno 0,2–0,5 mm) za strojno obdelavo.

Kemijsko jedkanje: Enotno odstranjevanje, idealno za notranje kanale, kamor mehanska orodja ne dosežejo.

Ključno je natančno vedeti, koliko materiala odstrani vsak postopek na vaši specifični zlitini in geometriji.

"Adders": končni postopki, ki gradijo material

Nekatere obdelave dodajo debelino:

Anodiziranje (zlasti na aluminiju): ustvari oksidno plast debeline 5–25 μm (tip II) ali do 150 μm (tip III). To je treba upoštevati pri premerih lukenj in prileganju.

Galvanski/PVD premazi: lahko dodate 5–50 μm kroma, niklja ali drugih materialov.

Praškasti premaz: veliko debelejši (50–150 μm), običajno se uporablja za ne-natančne površine.

Kvantitativna primerjava: Vpliv končne obdelave na dimenzije

Tu so resnični podatki iz proizvodnih serij:

Scenarij iz-resničnega sveta

Stranka je potrebovala lahko ohišje ventila iz titana z majhnimi tolerancami izvrtine (±0,03 mm) in zunanjo -završno obdelavo z visokim sijajem za aerodinamične lastnosti. Začetni tisk je ustrezal -natisnjenim tolerancam, vendar so se po elektropoliranju izvrtine odprle za 0,045 mm - zunaj specifikacij.

Rešitev: preoblikovali smo z namerno zalogo v izvrtinah, kritične elemente natisnili rahlo premajhno, nato pa izvrtine strojno obdelali po toplotni obdelavi, vendar pred končnim zunanjim elektropoliranjem. Rezultat: izpolnjene vse tolerance in izpolnjene zahteve glede površine. Skupni stroški so se povečali za ~18 %, vendar je stopnja odpadkov padla s 35 % na manj kot 5 %.

Oblikovanje do konca: Pro-nasveti iz tovarne

Žrtveni material: dodajte 0,15–0,30 mm materiala na površine, ki jih boste končno obdelali.

Notranji kanali: načrtujte jih za 0,2–0,4 mm večje, če boste uporabili elektropoliranje ali AFM.

Usmerjenost je pomembna: natisnite kritične tolerance v ravnini XY, kadar koli je to mogoče.

Komunicirajte zgodaj: med fazo ponudbe delite svoj celoten načrt končne obdelave s svojo tovarno za 3D-tiskanje kovin po meri.

Gospodarski učinek

Končna obdelava lahko predstavlja 25–45 % skupnih stroškov delov pri natančnih projektih. Vendar pa preskakovanje pogosto vodi do višjih stopenj odpadkov, neuspelih pregledov in napak na terenu. Dober proizvajalec industrijskega 3D-tiskanja kovin vam bo pomagal najti najboljšo - "dovolj dobro" končno obdelavo, kjer to ni pomembno, in natančnost, kjer je.

Industrijski standardi in skladnost s predpisi

ISO 2768 določa splošne tolerance, medtem ko ASTM F2924 in F3001 pokrivata aditivni titan. V medicini in vesolju je validacija dokumentiranega postopka obvezna. Vedno sodelujte s certificiranim partnerjem, ki lahko zagotovi popolno sledljivost.

Pogosta vprašanja o površinski obdelavi in ​​tolerancah

Cali dosežem zrcalno končno obdelavo brez vpliva na prileganje?

Da, vendar le, če v model oblikujete kompenzacijo in pustite ustrezno zalogo.

Koliko zalog naj pustim za naknadno-obdelavo CNC?

Običajno 0,2–0,5 mm na površino, odvisno od zahtevane končne tolerance.

Ali orientacija zgradbe vpliva na končno površino?

Vsekakor. Zgornje-površine kože so bolj gladke kot spodnje-kože. Ustrezno usmerite kritične lastnosti.