Katere so pogoste težave pri naknadni-obdelavi kovinskega 3D-tiskanja?

1. Kontrola hrapavosti površine: prehod od "praznega" do "končnega izdelka"
Ker kovinski 3D-tiskanje gradi stvari v plasteh, ima površina stopničasto teksturo s hrapavostjo (vrednost Ra), ki je običajno med 6 in 12 μm. To je bistveno bolj grobo od tradicionalne obdelave, ki ima vrednost hrapavosti od 0,8 do 1,6 μm. Na primer, hrapavost notranje stene hladilnega kanala za lopatice letalskih motorjev mora biti pod 3 μ m, sicer bo to močno zmanjšalo učinkovitost prenosa toplote.
Težave s tehnologijo:
Preostala podporna struktura: podporna struktura, ki se uporablja med tiskanjem, da stvari ne spremenijo oblike, lahko po odstranitvi pusti na površini jamice ali izbokline.
Oprijem prahu: Ko se delci prahu ne stopijo popolnoma, se prilepijo na površino, kar imenujemo "sferoidizacija".
Sledi vmesnega lepljenja: na mestih, kjer se križajo poti laserskega skeniranja, lahko nastanejo majhne izbokline.
odgovor:
Kemično poliranje: uporaba kislih ali alkalnih raztopin za selektivno raztapljanje površinskega sloja lahko naredi ta bolj gladko kot 1 μm, vendar morate biti zelo previdni, kako dolgo ga pustite v raztopini, da preprečite preveliko korozijo.
Obdelava s peskanjem: enakomerna mat površina se ustvari z udarcem po površini z-hitrim tokom peska. To je dobro za zapletene oblike notranjih votlin, lahko pa povzroči tudi nove površinske napake.
Elektrolitsko poliranje: Ta metoda uporablja elektrokemična načela za izravnavo površine na mikroskopski ravni. Lahko zagotovi zrcalni učinek (Ra<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. Odpravljanje notranjih napak: ključ do tega, da postanejo stvari gostejše in boljše.
Notranjost kovinskih 3D natisnjenih delov ima običajno poroznost od 0,1 % do 5 %. Te drobne napake lahko povzročijo nastanek razpok, kar močno skrajša življenjsko dobo delov zaradi utrujenosti. Na primer, vsadki iz titanove zlitine s poroznostjo večjo od 0,5 % se morda ne bodo združili s kostjo.
Težave s tehnologijo:
Pore: če je intenzivnost laserja prenizka ali če ima prašek preveč kisika, lahko raztopljeni bazen razpade.
Premalo zlivanja: šibka vez med plastmi, kar vodi do mikroplastenja.
Razpoka: vroča ali hladna razpoka, ki se pojavi, ko se kopiči zaostala napetost.
odgovor:
Vroče izostatično stiskanje (HIP): material je izpostavljen visokemu tlaku (100–200 MPa) in toploti (900–1200 stopinj). Zaradi tega spremeni obliko, zapre notranje pore in poveča svojo gostoto nad 99,9 %. Obdelava HIP je na primer potrojila življenjsko dobo vbrizgalnikov goriva v motorjih LEAP proizvajalca GE Aviation.
Lokalna infiltracija: Metoda vakuumske impregnacije zapolni pomembna področja kompozitnih-materialov na osnovi kovine, zaradi česar je dobra za pritrjevanje struktur s tankimi stenami.
Lasersko pretaljenje: drugo skeniranje območij s površinskimi ali notranjimi napakami lahko pomaga izboljšati zrnatost, lahko pa tudi doda nove toplotne obremenitve.
3. Upravljanje preostale napetosti: sistemski inženiring za nadzor deformacij
Ko je kovina 3D-natisnjena, se lahko toplotna obremenitev zaradi hitrega segrevanja in ohlajanja približa 50 % do 80 % meje tečenja materiala. To lahko povzroči, da se deli popačijo, zlomijo ali spremenijo obliko. Preostale napetosti lahko pri velikih okvirnih konstrukcijah povzročijo večmilimetrske deformacije, kar je precej nad sprejemljivim.
Težave s tehnologijo:
Neenakomerna porazdelitev napetosti: Kompleksne geometrijske oblike povzročajo velike spremembe temperaturnih gradientov.
Učinek omejitve substrata: Napetost nastane na mestu, kjer se komponenta sreča s substratom, kar lahko zlahka povzroči razslojevanje vmesnega sloja.
Izziv tiskanja z več materiali: Dejstvo, da se različni materiali raztezajo z različnimi hitrostmi, povzroči hitrejše kopičenje napetosti.
odgovor:
Pred tiskanjem segrejte podlago na 200 do 500 stopinj Celzija, da znižate temperaturno razliko. Na primer, stroji serije Precision podjetja Yunyao Shenwei imajo funkcijo predgretja podlage za 500 stopinj, ki zmanjša možnost pokanja v tiskanih delih iz titanove zlitine.
Optimiziranje strategije skeniranja: uporabite »island scanning« ali »chessboard scanning«, da porazdelite dovod toplote in preprečite, da bi se na enem mestu preveč segrelo.
Žarjenje za zmanjšanje napetosti: po končanem tiskanju se izolacijska obdelava izvede pri 600–700 stopinjah, da se znebite več kot 80 % napetosti, ki je še prisotna.
4. Garancija dimenzijske natančnosti: korak naprej od "približnega oblikovanja" do "mrežnega oblikovanja"
Kovinski 3D-tiskanje je običajno natančno do ± 0,1 mm, vendar je za kose, ki morajo biti zelo natančni, kot so zobniki ure, potrebna nadaljnja strojna obdelava. Vendar je zelo težko delati z zapletenimi strukturami notranjih votlin, takšne rešetkaste strukture in standardno rezkanje ali obdelava z električnim praznjenjem (EDM) lahko poškodujejo notranjo strukturo.
Težave s tehnologijo:
Deformacija zaradi krčenja: Ko se kovina ohladi, se prostornina skrči, kar povzroči spremembo dimenzij.
Motnje podpornih struktur: zaradi preostale podpore je težje najti referenčno ravnino obdelave.
Tanko{0}}strukture niso dovolj toge, zato lahko vibracije pri obdelavi zlahka pokvarijo orodja.
odgovor:
Načrtovanje kompenzacije: Vnaprej nastavite količino krčenja v modelu CAD (običajno med 0,2 % in 0,5 %) in preverite popravek tako, da ga večkrat natisnete.
Obdelovanje s pet{0}}osno povezavo: oprema DMG MORI LASERTEC 65 3D je primer več{2}}osne CNC obdelovalne naprave, ki lahko tiska in rezka hkrati.
Elektrokemijska obdelava (ECM) je metoda odstranjevanja materialov brez mehanske rezalne sile. Dober je za natančno obdelavo tank{1}}konstrukcij.
5. Združljivost z več materiali: problem s funkcionalno razvrščenimi materiali
Kovinski 3D-tiskanje se počasi pomika v smeri več-materialnih kompozitov, da bi izpolnili potrebe po lahki teži, odpornosti proti koroziji in prevodnosti. Toda dejstvo, da imajo različni materiali različna tališča in koeficiente toplotnega raztezanja, pomeni, da trdnost vezi med njimi ni dovolj močna, kar lahko hitro povzroči razslojevanje ali razpoke.
Težave s tehnologijo:
Navzkrižna-kontaminacija prahu: ostanki prahu v razdelkih za tiskanje z več materiali poslabšajo čistost materialov.
Konflikt procesnih parametrov: različne materiale je treba uskladiti z različnimi laserskimi močmi, hitrostjo skeniranja in drugimi nastavitvami.
Zmogljivost vmesnika se poslabša: na mestih, kjer se srečajo različni materiali, se hitro pojavijo krhke faze.
odgovor:
Modularni sistem za oskrbo s prahom: Na primer, oprema serije RESEARCH podjetja Yunyao Shenwei ima neodvisne rezervoarje za oskrbo s prahom, ki vam omogočajo zamenjavo med različnimi plastmi materiala.
Predhodna obdelava vmesnika: uporabite lasersko čiščenje ali plazemsko pršenje, da se vmesnik bolje oprime.
Optimizacija numerične simulacije: uporabite programsko opremo ANSYS ali COMSOL za modeliranje medsebojnega delovanja toplotnih in mehanskih lastnosti različnih materialov med postopkom tiskanja. To vam bo pomagalo določiti prave parametre.
6. Iskanje pravega ravnovesja med stroški in učinkovitostjo: največja težava velike-proizvodnje
Kovinski 3D-tiskanje stane od 30 % do 70 % celotne cene izdelka, čas obdelave pa je dolg (običajno 2–5-krat daljši od časa tiskanja), zaradi česar ga je težko uporabljati v masovni proizvodnji. Na primer, tradicionalni postopek ulivanja bloka cilindrov avtomobilskega motorja stane približno 500 juanov na kos. Stroški 3D-tiskanja in naknadne-obdelave pa bi lahko bili več kot 3000 juanov.
Težave s tehnologijo:
Visoki stroški opreme: petosni-obdelovalni centri višjega razreda stanejo več kot 5 milijonov juanov, medtem ko lahko oprema HIP stane do 20 milijonov juanov.
Dolžina procesne verige: Opraviti morate več korakov po vrstnem redu, kot so segrevanje, rezanje žice, odstranjevanje nosilca, poliranje in ponovno poliranje.
Nizka stopnja avtomatizacije: za naknadno-obdelavo zapletenih delov je še vedno potrebno ročno delo, zaradi česar je manj učinkovito.
odgovor:
Pametna integracija proizvodnih linij: Uporabite vozičke AGV za povezavo 3D tiskalnikov, peči za toplotno obdelavo in obdelovalnih centrov, tako da celoten proces poteka samodejno. Na primer, oprema BLT-S800 podjetja Platinum Technology ponuja vgrajeno-zmožnosti spletnega zaznavanja in prilagodljive obdelave.
Dodatna proizvodnja: če želite zmanjšati število faz, ki sledijo tiskanju, sinhronizirajte delno strojno obdelavo med postopkom tiskanja. Mazakovi stroji INTEGREX i-400AM lahko preklapljajo med laserskim oplaščenjem in rezkanjem.
Načrtovanje digitalnega procesa: uporaba programske opreme Siemens NX ali Magics za iskanje najboljše poti obdelave in skrajšanje časa nedelovanja.