Как да постигнем високо{0}}прецизно сглобяване след метален 3D печат?

1. Оптимизиране на дизайна: Спрете грешките при сглобяване, преди да са се случили.
Динамична компенсация и разпределение на толеранса
Въз основа на характеристиките на процеса на печат (например SLM точност ± 0,05 mm и EBM ± 0,1 mm), оставете място за допуски при сглобяване на етапа на 3D модела. Например, повърхността, където се срещат лопатките на турбината и дискът на авиационен двигател, трябва да бъде в рамките на толеранс от ± 0,02 mm. Функцията "хоризонтално разширение" може да се използва за компенсиране на свиването на материала по време на печат (например степента на свиване на титанова сплав е около 0,8%). Софтуерът за симулация на VoxelDance Engineering помогна на Guangzhou Ruitong Additive Manufacturing Company да подобри компенсацията на деформацията на зъбните импланти. Това доведе до намаляване на деформацията на позициониращия пръстен от 0,3 мм до 0,1 мм, което реши проблема с точността на сглобяване.
Стандартизирани интерфейси и модулен дизайн
Използване на конвенционални методи за свързване, като връзки с USB интерфейс и конструкции с вдлъбнатини и шипове в стил-Lego, за да улесните сглобяването. Например, състезателният модел OpenRC F1 има стандартизирани интерфейси, които улесняват потребителите да сменят части като гуми и перки. За сложни конструкции те могат да бъдат разделени на по-малки, отделни части (като съединения, връзки и корпуси на ръце на роботи), които могат да бъдат отпечатани и сглобени независимо. Това улеснява коригирането и надграждането по-късно.
Поддържайте оптимизиране и снаждане с лице{0}}надолу
Използвайте повърхността, която трябва да бъде снадена като основа за печат, и използвайте плоскостта на първия слой, за да направите снаждането по-точно. Например, когато отпечатвате два полу-кръгли модела, лицевата страна надолу може да направи шевовете по-малко засегнати от наслояването. Намаляването на контактната площ с решетъчна или конична опора улеснява отстраняването след това. Например, артикулите, изработени от неръждаема стомана 316L, използват техника за сканиране на шахматна дъска и сканиране с изместване на контура, за да направят повърхността по-малко грапава, преминавайки от Ra12 μm до Ra3,2 μm.
2. Контрол на процеса: точно управление на настройките за печат
Оптимизиране на енергийната плътност
Можете да регулирате формата на разтопения басейн чрез промяна на лазерната мощност, скоростта на сканиране и дебелината на слоя. Това може да помогне за предотвратяване на проблеми като сфероидизация и непълно сливане. Например енергийната плътност на титановата сплав Ti6Al4V трябва да се поддържа между 60 и 120 J/mm³. Ако мощността е твърде ниска или скоростта е твърде висока, силата на свързване на междинния слой може да не е достатъчно силна. Ако енергийната плътност е твърде висока, това може да доведе до напукване от термично напрежение.
Поддържане на въздуха чист и правилната температура
За да се предпази металът от окисляване, на всяка стъпка се добавя -аргон или азот с висока чистота (с ниво на кислород под 0,1%). Например, предварителното загряване на субстрата до 150–200 градуса преди отпечатване на алуминиева сплав AlSi10Mg помага за намаляване на топлинния стрес и спира изкривяването. Освен това използването на технология за съвместно сканиране с много-лъчи може да разпредели равномерно входящата топлина и да намали остатъчното напрежение.
Мониторинг онлайн и даване на обратна връзка в затворен цикъл
Използва инфрачервени термометри, камери за стопилка и други сензори, за да следи температурното поле и формата на стопилката в реално време, докато печата. Например, една компания използва AI алгоритми, за да наблюдава промените в ширината на басейна за стопилка, автоматично да променя мощността на лазера и да намалява порьозността от 0,5% до по-малко от 0,1%, което значително увеличава плътността на материала.
3. Технология за последваща-обработка: подобряване на повърхността и запазване на формата й.
Топлинната обработка премахва напрежението вътре в материала.
Отгряването, като нагряване на титаниева сплав в аргон при 800 градуса за два часа, може да се отърве от остатъчното напрежение, което се натрупва по време на печат, и да спре изкривяването по време на сглобяването. Закаляването и темперирането могат да се използват, за да-части с висока якост станат по-твърди и здрави. Части от -базирани на никел високотемпературни-сплави, които са обработени с горещо изостатично пресоване (HIP), са пример. Тяхната плътност е почти 100%, а якостта им на умора се е повишила с над 30%.
Прецизна машинна обработка и повърхностна обработка, извършени от машини
CNC обработка: За функционални повърхности, като свързващи повърхности на лагери, оставете разстояние от 0,1–0,3 mm. Използвайте CNC машинен инструмент с пет-осно свързване, за да постигнете прецизни изисквания от 0,02 mm плоскост и грапавост Ra3.2.
Електролитното полиране е процес, който използва електрохимични принципи, за да се отърве от малки неравности по повърхността на части от алуминиева сплав. Това намалява грапавостта на повърхността от Ra6 μm ​​до Ra0,2 μm и създава пасивиращ слой, който прави частите по-устойчиви на корозия.
Използвайки Al ₂ O3 или стъклени перли за удряне на повърхността с висока скорост, обработката с пясъкоструене премахва остатъците от прах и прави повърхността да изглежда по-последователна. Например, конкретна компания използва пясъкоструене, за да коригира грапавостта на повърхността на 3D-отпечатаните импланти от титаниева сплав до Ra1,6 μm, което помогна на костните клетки да се залепят за тях.
Компенсация на деформация, управлявана от симулация
Можете да използвате софтуер като VoxelDance Engineering, за да симулирате целия процес на печат, да познаете как ще се променят нещата и да направите модели за компенсация. Конкретна компания, например, намали деформацията на части след настройка на симулацията от 0,5 mm на 0,05 mm за дюзи за гориво на авиационни двигатели и направи хлабината на сглобяването по-равномерна с 80%.
4. Планирайте за сглобяване на нещата: Уверете се, че всичко е правилно редовно
Платформа за сглобяване на неща, която е много твърда
Използване на основа с висока-твърдост, прецизна система за предаване и насочване и интегриран дизайн за намаляване на ефекта от деформацията на оборудването върху коаксиалността на монтажа. Например, в поточната линия за двигатели на хуманоидни роботи се използва дизайн за адаптиране към околната среда (като поддържане на постоянна температура), за да се намали броят на системните грешки.
Монтаж за визуално позициониране и контрол на силата
Добавете високо{0}}прецизна визуална система, за да намерите позицията и посоката на важни части като статора и ротора, и компенсирайте всички грешки, направени по време на сглобяването. В същото време, интегрирани сензори за контрол на силата са поставени в края, за да следят промените в силата и въртящия момент в реално време в няколко посоки, което прави възможно "гъвкавото вмъкване". Например, една компания използва технология за контрол на силата, за да предпази модула на двигателя и силата на натискане от промяна с повече от ± 5N, което предпазва лагерите от счупване.
Обратна връзка в затворен цикъл и капацитет за проследяване на данни
Събиране на данни за налягане, изместване, въртящ момент и други фактори в реално време по време на процеса на сглобяване и сравняването им с предварително зададения прозорец на процеса. Системата автоматично ще задейства аларма или ще предприеме действия, ако нещо се обърка. Например, една компания прави отделни записи на процесите на сглобяване за всеки двигател на хуманоиден робот, осигурява статистически контрол на процеса (SPC) и проследимост на качеството и прави партидната консистенция по-добра от 99,9%.
5. Казуси и тенденции в индустрията, които да очакваме с нетърпение
Сфера на космическото пространство
GE Aviation използва SLM технология за отпечатване на горивни дюзи за двигатели LEAP. Това комбинира 20 части в едно, което го прави 25% по-лек и издържа 5 пъти по-дълго. Благодарение на комбинирания контрол на оптимизирането на параметрите на печат и CNC прецизната обработка, точността на сглобяването му е ± 0,01 mm.
Сфера на медицинските импланти
Johnson&Johnson DePuy Synthes използва 3D отпечатани ацетабулни чаши от титаниева сплав, за да поддържа повърхността гладка под Ra0,8 μm чрез електролитно полиране. Това, заедно с порестия структурен дизайн, ускорява развитието на костите с 40%.