Com combinar la impressió 3D de metall i el mecanitzat CNC de la manera més raonable?

一, Complementarietat tecnològica: un canvi lògic de "oposició" a "simbiosi"
La impressió 3D de metall (utilitzant la tecnologia SLM/DMLS com a exemple) utilitza un làser per fondre la pols metàl·lica capa per capa, cosa que permet construir estructures interiors complicades alhora. Els seus principals beneficis són:
Avenç en graus de llibertat estructurals: capaç de fer estructures de gelosia, canals de refrigeració conformes, superfícies irregulars i altres coses que les màquines CNC típiques no poden. Per exemple, un determinat cos de vàlvula hidràulica obté circuits d'oli esglaonats mitjançant la impressió 3D, cosa que fa que el canal de flux sigui un 300% més complicat. El mecanitzat CNC necessita moltes pinces i és difícil assegurar-se que segelli.
La fabricació additiva no malgasta cap material i la taxa d'utilització del material pot ser superior al 90%, que és molt superior a la taxa del 50% al 70% per al mecanitzat CNC.
Capacitat d'iteració ràpida: després de canviar el model digital, es pot imprimir immediatament sense necessitat de remodelar-lo. Això ha reduït el temps que es necessita per desenvolupar nous productes de mesos a dies.
Però la precisió inicial (± 0,04 mm) i la rugositat superficial (Ra12,5 μm) de la impressió 3D fan que sigui difícil satisfer les necessitats d'un muntatge d'alta-precisió. Aquí és quan el mecanitzat CNC esdevé molt important:
Correcció de mida: per compensar la deformació de la contracció durant la impressió, heu de fresar la superfície de guia de la màquina-eina amb una precisió de ± 0,02 mm.
Acabat superficial: el fresat de precisió augmenta la rugositat de la superfície de Ra12,5 μm en estat de fosa-a Ra1,6 μm, i el poliment mirall fins i tot pot augmentar-la a Ra0,2 μm.
Mecanitzat de característiques clau: el CNC és excel·lent per fer tot tipus de mecanitzat local, com ara fer cares extrems amb alta precisió i forats roscats amb alta precisió.
2, Un cas d'ús comú és quan necessiteu complir amb els requisits d'estructura complicada i de precisió.
1. En el negoci aeroespacial, cal que hi hagi un equilibri entre ser lleuger i poder suportar molt de pes.
Una empresa aeroespacial utilitza el mètode "impressió 3D + CNC" per fer cambres de combustió de motors:
Procés d'impressió 3D: impressió de formes complicades amb canals de refrigeració conformes amb Inconel 718, un aliatge d'alta temperatura-basat en níquel-. Això fa que les estructures siguin un 35% més lleugeres i puguin suportar temperatures de fins a 1200 graus.
Procés CNC: mecanitzat ultra-precís de la superfície de segellat fins a una plana de 0,01 mm per assegurar-se que funciona bé en situacions d'alta-pressió.
Verificació d'efectes: el cicle de producció és un 60% més curt que amb els mètodes estàndard de fosa i soldadura, i la vida útil a la fatiga és el doble.
2. Implants mèdics: una barreja de personalització i biocompatibilitat
Com es fabriquen els implants ortopèdics d'aliatge de titani:
Impressió 3D: utilitzant dades de TC del pacient, imprimiu una tija femoral porosa amb una porositat del 60% al 80% i una mida de porus de 200 a 500 μm. Això imitarà la forma de les trabècules òssies naturals.
Mecanitzat CNC: fresat precís de la superfície d'acoblament cònica que toca la cavitat de la medul·la òssia per assegurar-se que compleix la tolerància del nivell H7 i aconsegueix una fixació biològica.
Tractament superficial: el sorra i l'anoditzat fan que la superfície sigui més rugosa, cosa que ajuda a que les cèl·lules òssies s'hi adhereixin.
3. Motlles industrials: un bon equilibri entre canals de flux complicats i una bona refrigeració
Una determinada empresa de motlles utilitza una solució de fabricació combinada:
La impressió 3D fa un nucli de motlle amb tres capes de canals de refrigeració interns alhora. Això fa que el refredament sigui un 30% més efectiu i soluciona el problema de les fuites que es produeix amb l'empalmament de blocs estàndard.
Mecanitzat CNC: polir la superfície de separació a Ra0,4 μm per facilitar l'eliminació de peces de plàstic.
Comparació de costos: el cost per peça ha baixat un 42% i no cal preocupar-se per les restes de motlles de la distorsió de la soldadura.
3, Ruta d'integració del procés: millora de tot el procés, des del disseny fins al postprocessament-
1. Fase de disseny: Optimitzar la topologia en funció dels límits del procés de fabricació.
DFAM (Design for Additive Manufacturing): Ús d'un mètode de generació d'estructura de gelosia per reduir el pes a la meitat mentre es manté la resistència.
Reserva de mecanitzat: Deixeu de banda 0,3–0,5 mm per als elements que necessiten un acabat CNC, com ara superfícies de muntatge i col·locacions de forats. Això evitarà que els patrons de capes d'impressió influeixin en la precisió.
Optimització de l'estructura de suport: utilitzeu l'anàlisi de simulació per reduir la quantitat de suport i assegurar-vos que les eines CNC encara són fàcils d'arribar. Per exemple, el suport d'un determinat suport d'aviació es col·loca a la superfície no-mecanitzada, la qual cosa redueix el temps de mecanitzat CNC en un 30%.
2. Etapa d'impressió: treballant junts per regular la configuració i fer el postprocessament
Choose spherical powder (flowability>30s/50g) per fer que la pols es distribueixi de manera més uniforme i redueixi la porositat a menys del 0,5%.
La tècnica de tractament tèrmic inclou el recuit d'alleujament de l'estrès a 650 graus durant 2 hores i premsa isostàtica en calent (HIP) per augmentar la densitat per sobre del 99,9%.
Control de direcció: utilitzeu el programari Magics per trobar el millor angle per col·locar elements per reduir la quantitat de suport necessària per a les construccions penjades.
3. L'etapa de mecanitzat CNC: enllaç de cinc -eixos i compensació intel·ligent
Centre de mecanitzat de cinc-eixos: el sistema Siemens 840D s'utilitza per subjectar i mecanitzar superfícies complexes d'una sola vegada, la qual cosa evita errors de posicionament.
Tecnologia digital bessona: utilitzant la simulació Vericut per predir com canviarà el mecanitzat i fer ajustos al model amb antelació. Per exemple, la simulació va millorar la precisió del contorn d'una pala de turbina determinada de ± 0,05 mm a ± 0,02 mm.
A la inspecció de la màquina: ús de sondes Renishaw per controlar les dimensions del mecanitzat en temps real i corregir els errors que es produeixen a causa del desgast de les eines.
4. Etapa del tractament superficial: combinant funcionalització i ornamentació
Tractament de sorra: utilitzeu 120 perles de vidre de malla per fer que la rugositat de la superfície Ra3,2 μm ajudi que el recobriment s'enganxi millor.
Oxidació de micro arc: feu un recobriment ceràmic de 10 μm de gruix a la superfície de l'aliatge de titani. La pel·lícula és 1000HV dura i cinc vegades més resistent al desgast.
Recobriment PVD: posar un recobriment de TiN fa que la superfície sigui més dura (2200HV) i li dóna un aspecte daurat.