Els motlles metàl·lics d'impressió 3D poden aconseguir la consistència del lot?

一, el principal problema amb la consistència del lot és la "discontinuïtat" entre el laboratori i el taller.
El principi fonamental del procés d'impressió 3D de metall és "la fusió i l'apilament capa per capa", que inclou diversos aspectes multidimensionals, com ara la regulació d'energia làser, la uniformitat de distribució de pols i el control del gradient de temperatura. En un entorn de laboratori, és fàcil imprimir motlles individuals d'alta-qualitat amb tecnologia de precisió i espais restringits. Tanmateix, quan es tracta de la fabricació massiva, els problemes següents es converteixen en variables principals que limiten la coherència:
Fluctuacions del material: les diferències en els lots de pols metàl·liques, com ara la distribució de la mida de les partícules, la quantitat d'oxigen i la quantitat d'impureses, tenen un impacte directe en la manera en què flueix i solidifica el metall durant el procés de fusió. Això pot provocar diferències de mida o rendiment en el mateix model de disseny quan s'imprimeix en lots diferents. Per exemple, si el nivell d'oxigen a la pols d'aliatge de titani augmenta un 0,01%, la seva capacitat de resistir la fatiga pot baixar entre un 5% i un 10%.
Finestra de procés petita: els canvis en la potència del làser, la velocitat d'escaneig i el gruix de la capa d'un petit percentatge (com ara canvis de potència de ± 1%) poden induir esquerdes, porositat o deformació. Per exemple, el gruix de la paret dels canals de refrigeració interns de les pales de les turbines dels motors d'avió s'ha de mantenir entre 0,3 i 0,5 mm. Si algun d'aquests paràmetres canvia, els canals es podrien bloquejar o l'estructura podria fallar.
Estabilitat de l'equip: a mesura que els temps d'impressió augmenten, els problemes amb l'equip envellit, com ara la pèrdua d'energia del làser, la deriva de la precisió de l'escaneig del mirall i els canvis de temperatura de la cavitat del modelat, s'afegiran lentament a més errors. Un grup d'estàndards internacionals va fer una prova que va demostrar que la precisió dimensional dels materials impresos podria baixar de ± 20 μ m a ± 50 μ m després que un únic dispositiu funcioni durant 500 hores seguides.
Incertesa després del processament: els motlles sovint s'han de polir amb sorra i polir després de fabricar-los per complir els estàndards de rugositat superficial com Ra Menys o igual a 0,8 μm. Aquest mètode podria provocar nous errors dimensionals, especialment en microestructures com els canals de branques de vies fluvials conformades, que el mecanitzat estàndard no sempre pot assegurar-se que siguin els mateixos.
2, Avenç tecnològic: creació d'un mecanisme de control total de la cadena que garanteixi la coherència
La indústria ha construït lentament una barrera tecnològica per a la coherència dels lots treballant junts en quatre dimensions sobre "maquinari, programari, procés i materials". Utilitzant com a exemple empreses líders com Yunyao Shenwei, les seves solucions es poden agrupar en tres categories principals:
1. Estabilitat del maquinari: solucionar problemes a l'origen
Sistema d'escampament de pols d'alta{0}}precisió: utilitza un disseny de canvi de pols sense-contacte i canvi de cilindre integral per evitar que les pols es barregin. La puresa de la pols ha augmentat a més del 99,9% gràcies a les tecnologies de cribratge de vibracions i d'eliminació d'impureses del camp magnètic. Per exemple, les màquines de Yunyao Shenwei poden controlar constantment el gruix de cada capa fins a 2-10 μm, assegurant-se que la pols s'estén uniformement a cada capa fins a ± 5 μm.
Control de-bucle tancat de l'energia làser: mitjançant la monitorització en-en temps real de la potència del làser, la forma del punt i la distribució d'energia, juntament amb algorismes de compensació dinàmica, els canvis d'energia es mantenen en un ± 0,5%. Una empresa concreta va produir un sistema d'escaneig síncron de deu-làser que no només fa que la impressió sigui cinc vegades més ràpida que l'equip típic, sinó que també redueix la rugositat de la superfície a Ra Menor o igual a 1,6 μm optimitzant la superposició de punts.
Sistema de control ambiental: té un mòdul de control de temperatura multi-zona i un sistema de circulació de gas inert a la cavitat d'emmotllament. Manté el gradient de temperatura dins de ± 2 graus i la concentració d'oxigen per sota de 50 ppm, la qual cosa atura la deformació deformada causada per l'estrès tèrmic.
2. Optimització del procés: des de l'experiència-basada en dades-
Biblioteca de paràmetres i simulació de processos: creeu una biblioteca de paràmetres de procés que inclogui materials comuns com ara l'aliatge de titani i l'acer del motlle. A continuació, utilitzeu l'anàlisi d'elements finits (FEA) per simular com es comportarà la piscina fosa al llarg del temps, predir com es deformarà i millorar les estructures de suport. Per exemple, una empresa va utilitzar la simulació per reduir la distorsió d'impressió dels broquets de combustible dels motors d'aviació de 0,8 mm a 0,2 mm.
Monitorització i comentaris en línia en un bucle tancat: utilitzeu càmeres d'alta-velocitat i termòmetres d'infrarojos durant el procés d'impressió per obtenir informació important, com ara la forma de la piscina fosa i la distribució del camp de temperatura en temps real. Utilitzeu algorismes d'aprenentatge automàtic per canviar les vies d'escaneig i la configuració de potència sobre la marxa. La biblioteca de processos intel·ligents de Yunyao Shenwei ha combinat més de 100.000 conjunts de característiques del material. Amb només un clic, pot trobar la millor solució d'impressió, millorant la consistència de la mida fins a ± 10 μm.
Impressió amb més d'un tipus de material: per satisfer les necessitats funcionals de diferents parts del motlle, com ara la resistència al desgast i la conductivitat tèrmica, cal millorar la tecnologia d'impressió de material degradat. Per exemple, una capa d'aliatge de coure amb una conductivitat tèrmica excel·lent es posa a la superfície d'un canal conformat, mentre que l'estructura principal està construïda amb un aliatge de titani d'alta -resistencia. Això es fa mitjançant la tecnologia de gestió de la interfície de material per crear una unió perfecta.
3. Traçabilitat de qualitat: des de la comprovació d'un article fins al control de tot el procés
Digital Twin: creeu models virtuals per a cada dispositiu, feu un seguiment de l'estat de treball i la configuració d'impressió dels equips reals en temps real i utilitzeu la tecnologia Data Twin per advertir de possibles problemes abans que es produeixin. Aquesta tecnologia ha ajudat a una empresa a reduir el temps d'inactivitat dels equips en un 40% i augmentar la producció d'impressió al 98,5%.
Un sistema complet de traçabilitat de la qualitat del procés que inclou la gestió dels lots de pols, el seguiment del procés d'impressió i la prova del producte acabat, tot això constitueix una cadena de dades de bucle tancat-. Cada motlle, per exemple, té la seva pròpia etiqueta digital que es pot escanejar per trobar el seu equip d'impressió, la configuració de paràmetres, el lot de pols i l'informe de prova. Això fa que sigui fàcil trobar errors i responsabilitzar les persones.
Estàndards per a proves estandarditzades: ajudeu a establir estàndards internacionals per a coses com ara propietats mecàniques (com la resistència a la tracció i la vida a la fatiga), la precisió dimensional (com l'anàlisi de desviació tridimensional de l'exploració TC), la qualitat de la superfície (com la mesura de l'interferòmetre de llum blanca) i molt més. Això ajudarà a la indústria a créixer de manera estandarditzada.
3, Pràctica d'industrialització: aplicació a gran escala des de l'aviació fins a la sanitat
Hem de provar el valor real dels avenços tecnològics utilitzant-los a la indústria. Ara mateix, els motlles metàl·lics d'impressió 3D poden fer lots de productes coherents en molts camps-de gamma alta:
Aeroespacial: el COMAC C929 empra la tecnologia SLM per imprimir suports d'ala fets d'aliatge de titani. Aconsegueix una desviació de mida inferior o igual a ± 15 μ m en la producció per lots de 200 peces mitjançant la col·laboració multi-làser i el control de bucle-tancat. També passa les proves de fatiga i redueix el pes en un 15%. La topologia del canal de refrigeració regenerativa ha millorat la cambra d'empenta del coet SpaceX, reduint el cicle d'impressió dels habituals 6 mesos a 3 setmanes i permetent 500 proves de cicle de calor sense fallar.
Motlle mèdic: motlle-imprès en 3D per a un dispositiu de fusió intercossos d'aliatge de titani porós que escurça el cicle d'injecció de 120 segons a 45 segons i augmenta la taxa de certificació del producte del 85% al ​​99%; El motlle de corona dental d'aliatge de crom cobalt a mida es pot personalitzar en només 2 setmanes a 3 dies, i quan es fabriquen 5000 peces alhora, la mida sempre és de ± 20 μ m.
Motlle d'automòbil: una nova empresa de vehicles energètics va utilitzar la impressió 3D per fer motlles de caixes de bateries, que van reduir el procediment de soldadura de 12 a 3 i van fer que el cos sigui un 20% més rígid. Va establir una línia de producció d'impressió 3D que pot fer 50.000 peces a l'any. El cost per article és un 35% més baix que amb els mètodes tradicionals.