Можете ли да отпечатате 3D персонализиран всмукателен колектор от алуминий?

Повечето метални3D отпечатан алуминиев всмукателен колекторпроектите използват лазерно сливане на прахов слой (SLM или L-PBF). Лазер стопява тънки слоеве алуминиев прах един след друг според CAD файла. Не се изисква мухъл. Сложните вътрешни канали и пленуми могат да бъдат оформени като едно цяло.

Най-разпространената сплав е AlSi10Mg. Това е алуминиево-силициево-магнезиева сплав от леярски тип, която предлага солиден баланс на здравина, топлопроводимост и възможност за печат. Той е широко специфициран за автомобилни и космически части, които се нуждаят от ниско тегло и приличен топлопренос. 3D печатът AlSi10Mg се превърна в маршрут по подразбиране за много персонализирани приложения за прием точно поради тези причини.

Кои части от колектор са добри кандидати
Водачи с оптимизирани пътища на потока, сложни пленуми, интегрирани монтажни функции и вътрешни канали, които биха били трудни или невъзможни за сърцевина при традиционно отливане, са най-силните случаи на употреба. Простите външни форми с малка вътрешна сложност рядко оправдават процеса.

Сравнително проучване от 2020 г. в Journal of Materials Science & Technology разглежда SLM AlSi10Mg спрямо същата сплав, произведена чрез леене. Материалът SLM показа по-висока якост на опън (приблизително 430–445 MPa спрямо около 313–315 MPa за отлетия материал при стайна температура), но по-ниско удължение. Издръжливостта на умора е по-ниска, тъй като остатъчните неразтопени прахови частици, оксидни включвания и пори действат като начални точки на пукнатини.

Документ на MATEC Web of Conferences от 2016 г. съобщава, че оптимизираните SLM параметри могат да достигнат 99,13% относителна плътност. Механичните свойства при тези условия са сравними, а в някои случаи и по-добри от сплав A360, отлята под високо налягане, дори без тежка последваща обработка.

Листовете с данни за материалите от утвърдени доставчици на прах изброяват AlSi10Mg за компоненти, свързани с двигателя, включително всмукателни колектори, поради неговата комбинация от здравина, топлопроводимост и ниска плътност.

Силата е добра, но порите и умората са истинските предпазни мерки
Статичната якост рядко е ограничаващият фактор за всмукателния колектор. Цикличното натоварване, вибрациите и дълготрайната устойчивост на умора имат по-голямо значение. Остатъчната порьозност и свързаните с повърхността дефекти могат да намалят живота на умора. Правилният контрол на процеса, проверките на плътността и термичната обработка са от съществено значение.

Три въпроса за качество, които винаги препоръчваме да задавате:

Каква относителна плътност постоянно постигате и как се измерва?

Какъв цикъл на термична обработка се прилага - облекчаване на стреса, стареене или и двете?

Извършвате ли компютърна томография, тестване под налягане или и двете по критичните пътища на потока?

В нашите конструкции видяхме, че проверката на плътността и правилната термична обработка имат по-голямо значение за дългосрочната надеждност, отколкото само отпечатаните стойности на опън.

Липсата на инструменти означава, че итерациите на дизайна могат да се случат за дни, а не за седмици. Геометрията на вътрешния поток може да бъде оптимизирана без ограниченията на сърцевините и ъглите на газене. Функции, които обикновено се нуждаят от заваряване или сглобяване, могат да бъдат отпечатани като едно цяло.

Намаляването на теглото е друга практическа печалба. В проекта FEV LeiMot цилиндрова глава AlSi10Mg, направена чрез адитивно производство, спести 2,3 kg (22 %) в сравнение с конвенционалната отливка, а основните компоненти на двигателя заедно бяха с около 21 % по-леки. Съвсем наскоро Nikon SLM Solutions и Bosch показаха пълен двигателен блок V8 от една част, отпечатан в AlSi10Mg, доказвайки, че големите, сложни алуминиеви части на силовото предаване вече са реалистични на машини, годни за производство.

Един клиент се нуждаеше от малка партида производителни всмукателни колектори с преработена геометрия на циркуляра. Инструментите за леене бяха твърде бавни и твърде скъпи за планираните контури на дизайна.

Ориентирахме частта така, че опората да не попада в критичните пътища на потока, доколкото е възможно, контролирахме внимателно поставянето на опората, приложихме топлинна обработка за облекчаване на напрежението и обработихме с ЦПУ уплътнителните повърхности и монтажните интерфейси до крайния толеранс. Проверките на плътността и размерите бяха завършени преди отделянето на частите. Колекторите отговарят на необходимите характеристики на потока и уплътняването и пристигат по-бързо, отколкото би позволил конвенционален маршрут на инструментална екипировка.

Тази последователност - ориентация на печат, контролирани опори, топлинна обработка, след това CNC довършителни работи на уплътнителните повърхности - е стандартният начин, по който боравим с 3D отпечатан алуминиев всмукателен колектор, когато сложността на геометрията и графикът са по-важни от единичната цена на голям обем.

За автомобили с големи количества производство, където цената на част доминира, конвенционалното леене е все още по-икономично, след като инструментите са платени.

Уплътнителните повърхности, критичните резби и прецизните монтажни повърхности почти винаги се нуждаят от CNC довършителни работи след печат. Чисто магазин за печат не може да достави колектор, готов за инсталиране. Потърсете3D печат от алуминий фабрика, която може да се справи както с етапа на добавяне, така и с необходимата механична обработка под един покрив.

Полимерни или подсилени с въглеродни влакна найлонови колектори могат да бъдат още по-леки и са използвани в някои състезателни прототипи. Те са подходящи за определени расови или краткотрайни прототипни среди, но имат различна температура и граници на дългосрочна издръжливост в сравнение с алуминия. Те не са директни заместители при продължителна топлина на двигателя.

Задайте тези пет въпроса:

Можете ли да предоставите сертификати за материали и измерени данни за плътност или порьозност за конкретната конструкция?

Извършвате ли вътрешна топлинна обработка (облекчаване на стреса или стареене)?

Можете ли да запечатате повърхности, портове и монтажни елементи на CNC машина след печат?

Какви методи за проверка са налични - компютърна томография, тестване под налягане, отчети за размерите?

Какви са реалистичните срокове за изпълнение и минимални количества за прототипи и малки партиди?

Способен персонализиран производител на всмукателни колектори или доставчик на малки партиди на всмукателни колектори ще отговори ясно и може да покаже доказателства за процеса. Партньорът за 3D печат на всмукателния колектор на OEM също трябва да демонстрира опит с документация и проследимост за автомобилен клас. Документираните системи за качество и контрол на процесите дават допълнителна увереност, че едни и същи стандарти се прилагат от първия прототип до следващата малка партида.

Колко струва 3D отпечатан всмукателен колектор зависи от обема на частта (височина на конструкцията и използване на прах), обема на поддържащата структура, последващата обработка (топлинна обработка, механична обработка, повърхностно покритие) и количеството. По-големите или силно поддържани части струват повече на бройка. Времето за изпълнение на прототипа обикновено се измерва в дни до няколко седмици, след като файлът е готов - обикновено значително по-кратък от маршрута на инструментите. Малките производствени партиди следват същия процес с по-малко итерации.

Точната цена изисква CAD модел и спецификация. Основните двигатели на разходите остават сложността на геометрията, необходимата последваща обработка и обемът на поръчката.

Добре изпълненият 3D отпечатан алуминиев всмукателен колектор решава забавянето на инструментите и проблемите с гъвкавостта на дизайна, които традиционното отливане създава за работа по поръчка и малък обем. Успехът зависи от избора на правилната сплав, контролирането на плътността и последващата обработка и работата с магазин, който може да завърши критичните повърхности.