Com aconseguir un muntatge d'alta-precisió després de la impressió 3D de metall?

1. Optimització del disseny: aturar els errors de muntatge abans que es produeixin.
Compensació dinàmica i distribució de tolerància
En funció de les característiques del procés d'impressió (per exemple, precisió SLM ± 0,05 mm i EBM ± 0,1 mm), deixeu espai per a les toleràncies de muntatge a l'etapa del model 3D. Per exemple, la superfície on es troben les pales de la turbina i el disc d'un motor d'avió s'ha de mantenir dins d'una tolerància de ± 0,02 mm. La funció "expansió horitzontal" es pot utilitzar per compensar la contracció del material durant la impressió (per exemple, la taxa de contracció d'un aliatge de titani és d'aproximadament el 0,8%). El programari de simulació VoxelDance Engineering va ajudar a Guangzhou Ruitong Additive Manufacturing Company a millorar la compensació de deformació dels implants dentals. Això va reduir la deformació de l'anell de posicionament de 0,3 mm a 0,1 mm, cosa que va solucionar el problema de la precisió del muntatge.
Interfícies estandarditzades i disseny modular
Utilitzeu mètodes de connexió convencionals, com ara connexions d'interfície USB i estructures d'embotida i espiga d'estil Lego-per facilitar el muntatge. Per exemple, el model de cursa OpenRC F1 té interfícies estandarditzades que faciliten als usuaris canviar peces com els pneumàtics i les aletes de cua. Per a construccions complicades, es poden dividir en parts més petites i separades (com ara juntes, enllaços i carcassas de braços de robot) que es poden imprimir i unir de manera independent. Això fa que sigui més fàcil arreglar i actualitzar més endavant.
Admet l'optimització i l'empalmament d'impressió cara avall{0}
Utilitzeu la superfície que cal empalmar com a base d'impressió i utilitzeu la planitud de la primera capa per fer que l'empalmament sigui més precís. Per exemple, quan imprimiu dos models semicirculars, mirant cap avall pot fer que la costura es vegi menys afectada per les capes. Reduir l'àrea de contacte amb gelosia o suport cònic fa que sigui més fàcil d'eliminar després. Per exemple, els articles d'acer inoxidable 316L utilitzen una tècnica d'escaneig de taulers d'escacs i escaneig de contorns per fer que la superfície sigui menys rugosa, passant de Ra12 μm a Ra3,2 μm.
2. Control del procés: gestió precisa de la configuració d'impressió
Optimització de la densitat energètica
Podeu regular la forma de la piscina fosa canviant la potència del làser, la velocitat d'escaneig i el gruix de la capa. Això pot ajudar a prevenir problemes com l'esferoidització i la fusió incompleta. Per exemple, la densitat d'energia de l'aliatge de titani Ti6Al4V s'ha de mantenir entre 60 i 120 J/mm³. Si la potència és massa baixa o la velocitat és massa ràpida, és possible que la força d'unió entre capes no sigui prou forta. Si la densitat d'energia és massa alta, es pot produir esquerdes per estrès tèrmic.
Mantenir l'aire net i la temperatura adequada
Per evitar que el metall s'oxidi, s'afegeix argó o nitrogen d'alta{0}}puresa (amb un nivell d'oxigen inferior al 0,1%) a cada pas. Per exemple, preescalfar el substrat a 150-200 graus abans d'imprimir l'aliatge d'alumini AlSi10Mg ajuda a reduir l'estrès tèrmic i aturar la deformació. A més, l'ús de la tecnologia d'escaneig col·laboratiu multi-feix pot repartir l'entrada de calor de manera uniforme i reduir l'estrès residual.
Monitorització en línia i feedback en bucle tancat
S'han utilitzat termòmetres d'infrarojos, càmeres de piscina de fosa i altres sensors per vigilar el camp de temperatura i la forma de la piscina de fosa en temps real durant la impressió. Per exemple, una empresa utilitza algorismes d'IA per observar els canvis en l'amplada de la piscina de fusió, variar automàticament la potència del làser i reduir la porositat del 0,5% a menys del 0,1%, cosa que augmenta considerablement la densitat del material.
3. Tecnologia de post-processament: millora la superfície i conserva la seva forma.
El tractament tèrmic elimina l'estrès dins del material.
El recuit, com l'escalfament de l'aliatge de titani en argó a 800 graus durant dues hores, pot eliminar la tensió residual que s'acumula durant la impressió i aturar la distorsió durant el muntatge. El trempat i el tremp es poden utilitzar per fer que les peces d'alta -resistència siguin més dures i resistents. Un exemple són les peces d'aliatge d'alta temperatura-a base de níquel-que han estat tractades amb premsa isostàtica en calent (HIP). La seva densitat és gairebé del 100% i la seva resistència a la fatiga ha augmentat més d'un 30%.
Mecanitzat de precisió i tractament superficial fet per màquines
Mecanitzat CNC: per a superfícies funcionals com les superfícies d'acoblament de coixinets, deixeu un espai de 0,1 a 0,3 mm. Utilitzeu una màquina-eina CNC d'enllaç de cinc -eixos per aconseguir requisits precisos de planitud de 0,02 mm i rugositat Ra3,2.
El polit electrolític és un procés que utilitza principis electroquímics per eliminar els petits cops a la superfície de les peces d'aliatge d'alumini. Això redueix la rugositat superficial de Ra6 μm ​​a Ra0,2 μm i crea una capa de passivació que fa que les peces siguin més resistents a la corrosió.
Utilitzant Al ₂ O3 o perles de vidre per colpejar la superfície a gran velocitat, el tractament de sorra elimina les restes de pols i fa que la superfície sembli més consistent. Per exemple, una empresa concreta va utilitzar el sorra per ajustar la rugositat de la superfície dels implants d'aliatge de titani impresos en 3D-a Ra1,6 μm, cosa que va ajudar a que les cèl·lules òssies s'hi adhereixin.
Compensació de la deformació impulsada per simulació
Podeu utilitzar programari com VoxelDance Engineering per simular tot el procés d'impressió, endevinar com canviaran les coses i fer models per compensar-los. Una empresa específica, per exemple, va reduir la deformació de les peces després de l'ajust de simulació de 0,5 mm a 0,05 mm per als broquets de combustible dels motors d'aviació i va fer que l'espai de muntatge sigui més uniforme en un 80%.
4. Planificar per ajuntar les coses: Assegurar-se que tot és correcte de manera regular
Una plataforma per muntar coses que és molt rígida
Utilitzant una base d'alta-rigidesa, un sistema de transmissió i guia precís i un disseny integrat per reduir l'efecte de la deformació de l'equip sobre la coaxialitat del conjunt. Per exemple, a la línia de muntatge de motors de robots humanoides, s'utilitza un disseny d'adaptació ambiental (com ara mantenir la temperatura constant) per reduir el nombre d'errors del sistema.
Muntatge per a posicionament visual i control de força
Afegiu un sistema de visió d'alta-precisió per trobar la posició i la direcció de peces importants com l'estator i el rotor, i compensar els errors comesos durant el muntatge. Al mateix temps, s'instal·len sensors de control de força integrats al final per vigilar els canvis de força i parell en temps real en diverses direccions, fent possible la "inserció flexible". Per exemple, una empresa utilitza tecnologia de control de força per evitar que el conjunt del motor i la força de pressió canviïn en més de ± 5 N, la qual cosa evita que els coixinets es trenquin.
Feedback en un bucle tancat i capacitat de traçar dades
Recollida de dades sobre pressió, desplaçament, parell i altres factors en temps real durant el procés de muntatge i comparant-les amb la finestra de procés predeterminada. El sistema activarà automàticament una alarma o prendrà mesures si alguna cosa va malament. Per exemple, una empresa fa registres de procés de muntatge separats per a cada motor de robot humanoide, proporciona control estadístic del procés (SPC) i traçabilitat de qualitat i fa que la consistència del lot sigui millor que el 99,9%.
5. Casos de la indústria i tendències a esperar
Àmbit aeroespacial
GE Aviation utilitza la tecnologia SLM per imprimir broquets de combustible per a motors LEAP. Això combina 20 peces en una, fent-la un 25% més lleugera i duradora 5 vegades més. Gràcies al control combinat d'optimització de paràmetres d'impressió i mecanitzat de precisió CNC, la seva precisió de muntatge és de ± 0,01 mm.
Àmbit dels implants mèdics
Johnson&Johnson DePuy Synthes utilitza copes acetabulars d'aliatge de titani impresos en 3D per mantenir la superfície llisa per sota de Ra0,8 μm mitjançant poliment electrolític. Això, juntament amb un disseny estructural porós, accelera el desenvolupament ossi en un 40%.