Quines són les dificultats habituals en la impressió 3D de metall post-processament?

1. Control de la rugositat superficial: passant de "en blanc" a "producte acabat"
Com que la impressió 3D de metall construeix les coses en capes, la superfície té una textura esglaonada amb una rugositat (valor Ra) que sol estar entre 6 i 12 μm. Això és substancialment més rugós que el mecanitzat tradicional, que té un valor de rugositat de 0,8 a 1,6 μm. Per exemple, la rugositat de la paret interior del canal de refrigeració per a les pales del motor d'avions s'ha de mantenir per sota de 3 μ m, o en cas contrari reduirà molt l'eficàcia de la transferència de calor.
Problemes amb la tecnologia:
Estructura de suport residual: l'estructura de suport que s'aplica durant la impressió per evitar que les coses canviïn de forma pot deixar fosses o cops a la superfície després de treure-la.
Adhesió de pols: quan les partícules de pols no es fonen completament, s'enganxen a la superfície, cosa que s'anomena "esferoidització".
Traces d'unió entre capes: es poden formar petits cops on es creuen els camins d'escaneig làser.
Resposta:
Polit químic: l'ús de solucions àcides o alcalines per dissoldre selectivament la capa superficial pot fer-la més llisa que 1 μm, però cal tenir molta cura amb el temps que la deixeu a la solució per evitar massa corrosió.
Tractament de sorra: es crea una superfície mat uniforme colpejant la superfície amb un flux de sorra d'alta{0}}velocitat. Això és bo per a dissenys complexos de cavitats internes, però també pot crear noves falles superficials.
Polit electrolític: aquest mètode utilitza principis electroquímics per anivellar la superfície a nivell microscòpic. Pot proporcionar un efecte mirall (Ra<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. Arreglar defectes interns: la clau per fer les coses més denses i millors.
L'interior de les peces metàl·liques impreses en 3D sol tenir una porositat del 0,1% al 5%. Aquests petits defectes poden provocar la formació d'esquerdes, la qual cosa redueix molt la vida útil de les peces. Per exemple, els implants d'aliatge de titani amb una porositat superior al 0,5% poden no integrar-se amb l'os.
Problemes amb la tecnologia:
Porus: si la intensitat del làser és massa baixa o la pols té massa oxigen, la piscina fosa es pot trencar.
No hi ha prou fusió: unió feble entre capes, que condueix a microcapes.
Esquerda: una esquerda calenta o freda que es produeix quan s'acumula una tensió residual.
Resposta:
Pressió isostàtica en calent (HIP): el material es sotmet a molta pressió (100–200 MPa) i calor (900–1200 graus). Això fa que canviï de forma, tanqui els porus interns i augmenti la seva densitat per sobre del 99,9%. Per exemple, el tractament HIP ha triplicat la vida a fatiga dels injectors de combustible dels motors LEAP fabricats per GE Aviation.
Infiltració local: el mètode d'impregnació al buit omple àrees importants de materials compostos-metalls, la qual cosa el fa ideal per fixar estructures amb parets primes.
Refusió per làser: fer una segona exploració a zones amb defectes superficials o interiors pot ajudar a millorar el gra, però també podria afegir noves tensions tèrmiques.
3. Gestió de l'estrès residual: Enginyeria de sistemes per al control de la deformació
Quan el metall s'imprimeix en 3D, l'estrès tèrmic de l'escalfament i el refredament ràpid pot acostar-se al 50% al 80% de la resistència a la fluència del material. Això pot provocar que les peces es distorsionin, trenquin o canviïn de forma. La tensió residual pot induir una deformació de diversos mil·límetres en construccions de bastidors grans, que està considerablement per sobre del que és acceptable.
Problemes amb la tecnologia:
Distribució desigual de tensions: les formes geomètriques complexes provoquen grans canvis en els gradients de temperatura.
Efecte de restricció del substrat: la tensió s'acumula en el punt on el component es troba amb el substrat, la qual cosa pot provocar fàcilment delaminació entre capes.
Repte d'impressió de diversos-materials: el fet que diversos materials s'expandeixin a diferents ritmes fa que l'estrès s'acumuli més ràpidament.
Resposta:
Abans d'imprimir, escalfeu el substrat entre 200 i 500 graus centígrads per reduir el diferencial de temperatura. Per exemple, les màquines de la sèrie Precision de Yunyao Shenwei tenen una funció de preescalfament del substrat de 500 graus que redueix la possibilitat d'esquerdes a les peces impreses fetes d'aliatge de titani.
Optimització de l'estratègia d'escaneig: utilitzeu "escaneig d'illa" o "escaneig de tauler d'escacs" per distribuir l'entrada de calor i evitar que s'escalfi massa en un sol lloc.
Recuit d'alleujament de l'estrès: un cop feta la impressió, el tractament d'aïllament es fa a 600-700 graus per eliminar més del 80% de l'estrès que encara hi ha.
4. Garantia de precisió dimensional: un pas endavant del "emmotllament aproximat" al "emmotllament net"
La impressió 3D metàl·lica normalment té una precisió de ± 0,1 mm, però per a peces que han de ser molt precises, com els engranatges del rellotge, cal mecanitzar més. Però és molt difícil treballar amb estructures de cavitats interiors complicades, com aquestes estructures de gelosia, i el fresat estàndard o el mecanitzat de descàrrega elèctrica (EDM) podrien fer mal a l'estructura interna.
Problemes amb la tecnologia:
Deformació per contracció: quan el metall es refreda, es redueix de volum, la qual cosa fa que les dimensions canviïn.
Interferència de les estructures de suport: el suport residual fa que sigui més difícil trobar el pla de referència de mecanitzat.
Les estructures-de paret fines no són prou rígides, per tant, les vibracions de processament poden trencar fàcilment les eines.
Resposta:
Disseny de la compensació: establiu la quantitat de contracció al model CAD amb antelació (normalment entre el 0,2% i el 0,5%) i comproveu la correcció imprimint-la diverses vegades.
Mecanitzat de cinc-eixos: l'equip LASERTEC 65 3D de DMG MORI és un exemple de màquina-eina CNC de diversos eixos-que pot fer tant la impressió com el fresat al mateix temps.
El mecanitzat electroquímic (ECM) és un mètode d'eliminació de materials sense necessitat de força de tall mecànica. És bo per al mecanitzat de precisió d'estructures-de paret fines.
5. Compatibilitat amb diversos materials: el problema dels materials classificats funcionalment
La impressió 3D metàl·lica s'està movent lentament cap a la direcció del compost multi-material per satisfer les necessitats de lleugeresa, resistència a la corrosió i conductivitat. Però el fet que els diferents materials tinguin diferents punts de fusió i coeficients d'expansió tèrmica fa que la força d'unió entre ells no sigui prou forta, cosa que pot provocar ràpidament delaminació o esquerdament.
Problemes amb la tecnologia:
Contaminació creuada-de pols: la pols residual en els compartiments per imprimir amb diversos materials perjudica la puresa dels materials.
Conflicte de paràmetres del procés: s'han de combinar materials diferents amb potència làser, velocitat d'escaneig i altres configuracions diferents.
El rendiment de la interfície empitjora: les fases trencadisses es produeixen ràpidament on es troben diferents materials.
Resposta:
Sistema de subministrament de pols modular: per exemple, l'equip de la sèrie RESEARCH de Yunyao Shenwei té dipòsits de subministrament de pols independents que us permeten canviar entre diferents capes de material.
Preprocessament de la interfície: utilitzeu neteja amb làser o polvorització de plasma per fer que la interfície s'enganxi millor.
Optimització de la simulació numèrica: Utilitzeu el programari ANSYS o COMSOL per modelar com interactuen les propietats tèrmiques i mecàniques dels diferents materials durant el procés d'impressió. Això us ajudarà a establir els paràmetres adequats.
6. Trobar l'equilibri adequat entre cost i eficiència: el problema més gran de la producció a gran-escala
La impressió 3D de metall costa entre el 30% i el 70% del cost total d'un producte i el temps de processament és llarg (normalment 2-5 vegades el temps d'impressió), cosa que fa que sigui difícil d'utilitzar en la producció en massa. Per exemple, el procediment de fosa tradicional per al bloc de cilindres d'un motor d'automòbil costa aproximadament 500 iuans per peça. El cost de la impressió 3D i el post{9}}processament, en canvi, podria superar els 3.000 iuans.
Problemes amb la tecnologia:
Costos d'equip elevats: els centres de mecanitzat de cinc eixos-de gamma alta-costen més de 5 milions de iuans, mentre que els equips HIP poden costar fins a 20 milions de iuans.
Longitud de la cadena del procés: heu de fer una sèrie de passos en ordre, com ara escalfar, tallar filferro, treure el suport, polir i polir de nou.
Baix nivell d'automatització: encara es necessita un treball manual per al post{0}}processament de peces complexes, cosa que fa que sigui menys eficient.
Resposta:
Integració intel·ligent de les línies de producció: utilitzeu carretons AGV per connectar impressores 3D, forns de tractament tèrmic i centres de mecanitzat perquè tot el procés s'executi automàticament. Per exemple, l'equip BLT-S800 de Platinum Technology ofereix capacitat-de detecció en línia i de processament adaptatiu.
Fabricació additiva: per reduir el nombre d'etapes que passen després de la impressió, sincronitzeu el mecanitzat parcial durant el procés d'impressió. Les màquines INTEGREX i-400AM de Mazak poden canviar entre el revestiment làser i el fresat.
Planificació digital del procés: utilitzant el programari Siemens NX o Magics per trobar la millor ruta de mecanitzat i reduir el temps d'inactivitat.