Как да избегнем машинната деформация на метални 3D отпечатани части?

一, Фаза на проектиране: Оптимизация на топологията с помощта на симулация на напрежение
1. Симулиране на разпределението на напрежението и възстановяване на конструкцията
Компания, която произвежда турбинни лопатки за космическата индустрия, използва Simufact Additive софтуер за провеждане на симулация на термично механично свързване. Те забелязаха, че типичните дизайни показват концентрация на напрежение в преходната зона на корена на острието. Промяната на прехода под прав ъгъл към преход със заоблен ъгъл с радиус от 5 mm и запълването на зоната, която не понася напрежение с решетъчна структура, понижи пика на напрежението от 420MPa на 280MPa и деформацията на печат с 62%. Този сценарий показва, че оптимизирането на топологията въз основа на симулация може да открие високо-точки на напрежение преди време и да направи разпределението на напрежението равномерно чрез промяна на структурата.
2. Интелигентен дизайн на структури, които поддържат
Емпиричните формули се използват в традиционното проектиране на опори, което може лесно да доведе до натрупване на топлина в една област. Софтуерът VoxelDance Engineering на Manga Technology използва сканираща технология за компенсиране на деформацията, за да създаде автоматично опорни структури, които отговарят на формите на частите. Този метод подобрява плътността на разпределението на опората при отпечатване на дръжки за изкуствени стави в компания за медицински изделия. Той намалява дълбочината на повърхностните повреди, причинени от премахването на опората след синтероване, от 0,3 mm на 0,05 mm и намалява необходимото количество опорен материал с 30%.
3. Изграждане на модел за пред-компенсация на деформация
За авиационни хидравлични тела на клапани, които трябва да бъдат точни в рамките на ± 0,02 mm, Platinum Technology Company използва затворен-процес на цикъл, наречен „компенсация при сканиране при печат“. При този процес оригиналният модел се отпечатва с неръждаема стомана 316L, а 3D скенерът ATOS Triple Scan получава действителните данни за деформацията. След това тези данни се използват за създаване на модел на обратна пред-деформация в софтуера Magics. След два кръга на корекция основният толеранс на размерите на частите премина от ± 0,15 mm до ± 0,03 mm, което е необходимо на авиационните стандарти.
2, Етап на процеса: Съвместен контрол на множество параметри
1. Смяна на настройките на лазера в движение
Оборудването Huashu High Tech FS200M динамично променя мощността на лазера и скоростта на сканиране, докато отпечатва горивната камера на определен двигател, като следи температурното поле на разтопения басейн в реално време. В зоната с дебелина на стената 3 mm е използван параметърът 800W/1200mm/s, а в зоната с дебелина на стената 0,8 mm е използван параметърът 600W/800mm/s. Тази настройка на параметъра на разделянето намалява входящата топлина в тънкостенните секции с 40% и остатъчното напрежение с 55%. Той също така коригира проблема с деформацията на синтероване в 0,5 mm конзолна структура.
2. Подобряване на процедурата за полагане на пудра
Оборудването EOS M 400-4 използва адаптивна технология за разпръскване на прах, за да се справи с ефекта на дебелината на слоя прах върху деформацията. Той поддържа дебелината на слоя при 40 μm в областта на опората и я променя динамично до 25 μm в областта на свободната{6}}форма на повърхността. Данните от тестовете показват, че този подход намалява несъответствието между слоевете на тънкостенни части от 0,12 mm до 0,03 mm и повишава стойността Ra на грапавостта на повърхността от 12,5 μm до 6,3 μm.
3. Контрол на атмосферата чрез инертен газ
Устройството Platinum BLT-S800 поддържа много ниски нива на въздух и влажност (по-малко от 10% RH и 50ppm), докато печата ортопедични импланти от титаниева сплав. Това се прави чрез система за управление със затворен-контур. Експерименти, които сравняват различни среди, показват, че тази може да намали степента на окисляване на праха от 0,8% на 0,15%. Това решава проблема с оксидните филми, които затрудняват свързването на слоевете, и прави частите с 18% по-здрави.
3, Етапът на последваща-обработка е, когато дефектите са коригирани и производителността е подобрена.
1. Уплътняваща обработка с горещо изостатично пресоване (HIP).
Конкретен бизнес за авиационни двигатели използва оборудване за горещо изостатично пресоване QIH-15L, за да работи върху части от високотемпературна сплав Inconel 718. Поддържането на частите при 1200 градуса /150MPa в продължение на 4 часа ги прави по-плътни (от 99,2% до 99,98%) и по-малко порьозни (от 0,3% до 0,002%). Издръжливостта на умората на обработените части е три пъти по-голяма, а микропукнатините, образувани по време на процеса на синтероване, са напълно изчезнали.
2. Процес на градиентна топлинна обработка
За тела на хидравлични клапани от неръждаема стомана 316L направете три-етапен процес на термична обработка: отгряване за освобождаване на напрежението при 550 градуса за 2 часа, обработка с разтвор при 1050 градуса за 1 час и обработка със стареене при 480 градуса за 4 часа. Тази процедура прави частите по-твърди, преминавайки от 180HV до 280HV, и намалява остатъчното напрежение, преминавайки от 320MPa до 80MPa. Това коригира проблема с отскока на размерите след обработка.
3. Технология за премахване на интелигентна поддръжка
В оборудването DMG MORI LASERTEC 65 3D се използва обработващ център с пет оси за свързване за отстраняване на опора: силата на рязане се наблюдава в реално време чрез системата за контрол на силата и скоростта на подаване се регулира автоматично. Тестовете показаха, че тази технология улеснява с 40% премахването на опората и поддържа дълбочината на повърхностните щети в рамките на 0,02 mm, което е необходимо на авиационните части, за да останат непокътнати.