Кои индустрии имат най-високи изисквания за точност на размерите при 3D печат на метал?

1. Космонавтика: Игри с милиметрова-прецизност в много тежки условия
Секторът на самолетите е „високо място“ за използване на технологията за 3D печат на метал. Основните нужди са за интегрирано формоване на сложни конструкции и осигуряване на работа в тежки условия. Например, работната температура на лопатките на авиационния двигател може да достигне до 1500 градуса и те трябва да могат да издържат на високо-скоростно въртене от десетки хиляди обороти в минута. Всяка лека промяна в размера може да доведе до излизане извън контрол на динамичния просвет между ножовете и корпуса, което може да доведе до катастрофални повреди.
Изисквания за точност:
Толеранс на размерите: Толерансът на размерите за важни части като горивни инжектори и турбинни лопатки трябва да се поддържа в рамките на ± 0,02 mm. Може дори да се наложи някои свързващи повърхности да са в рамките на ± 0,01 mm.
Грапавост на повърхността: Функционалната грапавост на повърхността трябва да бъде по-малка от Ra0,8 μm, за да се предотврати отделянето на въздушния поток и натрупването на термичен стрес.
Геометричен толеранс: За да се гарантира, че аеродинамичните характеристики съответстват на дизайна, контурната грешка на сложни повърхности трябва да бъде по-малка от 0,05 mm.
Как да го направите технически:
Лазерно селективно топене (SLM): 20–60 μm тънко покритие от прах и лазерно петно ​​с микрометър-размер се използват за направата на високо-прецизни форми. Лентата на централния ръб на крилото от титаниева сплав, която Platinum Lite произвежда за самолет C919, например, има точност на размерите от ± 0,05 mm и грапавост на повърхността от Ra3,2 μm. След електрополиране грапавостта на повърхността се намалява до Ra0,4 μm.
Мулти{0}}лазерно съвместно сканиране: използване на 4 до 8 лазера, които са синхронизирани за намаляване на изкривяването, причинено от топлинен стрес. Liantai Technology изпрати много тънки метални части до определена авиационна единица. Най-тънката стена беше с дебелина 0,25 мм, а толерансът беше само 0,075 мм. Това показа, че мулти-лазерната система е стабилна.
Контрол на обратната връзка в затворен контур: Като следите температурата на резервоара за стопилка и статуса на разпръскване на праха в реално време и променяте интензитета на лазера, ако е необходимо, грешката на междинния слой остава в рамките на 5 μm.
2. Медицински импланти: Биологичният синтез води до персонализиране в микро{1}}мащаб.
Строгите правила на индивидуализираното здравеопазване са това, което прави металния 3D печат в медицинската област толкова прецизен. Например, когато става дума за ортопедични импланти, костите на пациентите могат да бъдат много различни по форма и плътност. При традиционните стандартизирани импланти е необходима втора операция, за да станат по-приспособими. С 3D принтирането обаче е възможно да се направи точно "един пациент, една политика".
Изисквания за точност:
Контурът на импланта трябва да има неточност по-малка от 0,1 mm в сравнение с данните от КТ на пациента, за да се гарантира, че напрежението върху контакта с костта е равномерно разпределено.
Повърхностна функционализация: Насърчаване на пролиферацията на костни клетки чрез използване на микропореста структура с пори с размер от 50 до 500 μm и отклонение на порьозността от ± 2%.
Биосъвместимост: Грапавостта на повърхността не трябва да надвишава Ra1,5 μm, за да се предотврати бактериална пролиферация и дразнене на тъканите.
Как да го направите технически:
SLM оборудването с висока-резолюция използва 50 μm лазерна точка и 15 μm дебелина на слоя за оформяне на структури на ниво микрометър. Например Teyifei направи протеза за тазобедрена става от титанова сплав за специфична ортопедична компания. Той има поръчкова точност от 0,01 mm и степен на клинична съвместимост над 99%.
Дизайн за оптимизиране на топологията: Използвайте AI алгоритми, за да направите леки решетъчни структури, които използват по-малко материал, но същевременно са здрави. Зъбният имплант е подобрен, за да стане с 40% по-лек и издържа три пъти по-дълго, преди да се наложи да бъде заменен.
Технология за последваща{0}}обработка: Грапавостта на повърхността е намалена от Ra12 μm до Ra0,8 μm чрез комбиниране на химическо полиране и лазерно микроплакиране. Микропорестата структура остава същата.
3. Прецизни форми: стабилност при масово производство до няколко микрона
Металният 3D печат трябва да бъде много прецизен в бизнеса с форми, тъй като масовото производство трябва да бъде много последователно. Например, при шприцформите, грапавостта на повърхността на сърцевината има пряк ефект върху външния вид на продукта, а размерът на кухината има пряк ефект върху това колко добре частите пасват една към друга. Необходими са седмици CNC обработка и полиране, за да се направи калъп по старомодния-начин. С 3D принтирането можете да правите и двете едновременно.
Изисквания за точност:
Стабилност на размерите: За да се справи с топлинната деформация, която се случва в продължение на десетки хиляди цикли на леене под налягане, толерансът на размерите на кухината на формата трябва да се поддържа в рамките на ± 0,01 mm/100 mm.
Гладкост на повърхността: За да се отговори на нуждите от отразяваща способност на лазерните комуникационни системи, грапавостта на повърхността на оптичните форми трябва да бъде по-малка от Ra0,05 μm.
Ефективност на охлаждане: За да се гарантира, че температурата на формата е равномерна, отклонението на диаметъра на конформния канал за охлаждаща вода трябва да бъде по-малко от ± 0,05 mm.
Как работи технически:
Технология Adhesive Jet (BJ): Този метод на свързване и синтероване на прахове с микрон{0}}размер прави възможно изработването на форми с много висока точност. Определена компания направи BJ оборудване, което е с точност до ± 0,05 mm и има грапавост на повърхността Ra3 μ m. След пясъкоструйна обработка се понижава до Ra1,6 μm.
Пет{0}}осова механична обработка: Използване на 3D печат за добавяне на фрезоване с ЦПУ към основните свързващи повърхности за прецизна обработка. Например Anyuan Mold увеличи точността на размерите на сърцевините на моделите на обувки от ± 0,1 mm на ± 0,02 mm чрез използване на комбинация от „печат“ и „фрезоване“.
Иновация на материала: Създаване на прах от формована стомана с висока топлопроводимост, като мартензитно състарена стомана, която се разширява само една-трета от другите материали. Това значително намалява изкривяването по време на леене под налягане.
4. Микрофлуидни чипове: най-точният начин за манипулиране на течности в наномащаб
Микрофлуидните чипове са много важни в области като биологично откриване и химичен синтез. Техните метални части трябва да се контролират както на микро, така и на нано ниво. Например, определен чип за секвениране на ДНК трябва да включва хиляди микроканали вътре в област 5 mm × 5 mm, поддържайки отклонение на ширината на канала по-малко от ± 0,5 μm; липсата на това ще доведе до грешки при отклоняване на течности, надхвърлящи 5%.
Изисквания за точност:
Размер на характеристиката: Ширината на микроканала трябва да бъде между 10 и 100 μm, а дълбочината трябва да бъде ±1 μm.
Плоскост на повърхността: За да се улесни протичането на течности, дъното на канала трябва да е по-малко грапаво от Ra0,1 μm.
Структурна цялост: За да сте сигурни, че уплътнението се държи при високо налягане, не трябва да има микропукнатини или пори.
Как да го направите технически:
Ултра{0}}бърза лазерна обработка: използване на фемтосекундни лазерни импулси за премахване на материал с дебелина под микрон и избягване на области, които са повредени от топлината. Проучвателен екип използва фемтосекунден лазер за отпечатване на микрофлуидни чипове-на основата на никел с вариация на ширината на канала само ± 0,3 μm.
Електрохимично полиране: Чрез използване на контрол на микротока и електролитна формула заедно, грапавостта на повърхността преминава от Ra5 μm до Ra0,05 μm, като същевременно запазва точната форма на канала.
Много{0}}композитен печат: метал-керамичен градиентен печат се използва за поставяне на биологично инертно покритие върху вътрешната стена на канала, което прави чипа издръжлив по-дълго.