Vai metāla 3D drukas veidnes var sasniegt partijas konsistenci?

一 Galvenā problēma ar partijas konsekvenci ir "pārtraukums" starp laboratoriju un darbnīcu.
Metāla 3D drukāšanas procesa pamatprincips ir "slāņa kausēšana un sakraušana", kas ietver dažādus daudzdimensionālus aspektus, tostarp lāzera enerģijas regulēšanu, pulvera sadales vienmērīgumu un temperatūras gradienta kontroli. Laboratorijas apstākļos ir viegli izdrukāt atsevišķas augstas kvalitātes -veidnes, izmantojot precīzas tehnoloģijas un ierobežotas vietas. Tomēr, runājot par masveida ražošanu, šādi jautājumi kļūst par galvenajiem mainīgajiem, kas ierobežo konsekvenci:
Materiālu svārstības: metāla pulvera partiju atšķirības, piemēram, daļiņu sadalījums pēc izmēra, skābekļa daudzums un piemaisījumu daudzums, tieši ietekmē to, cik labi metāls plūst un sacietē kausēšanas procesā. Tas var novest pie izmēra vai veiktspējas atšķirībām vienā un tajā pašā dizaina modelī, ja tas tiek drukāts dažādās partijās. Piemēram, ja skābekļa līmenis titāna sakausējuma pulverī palielinās par 0,01%, tā spēja izturēt nogurumu var samazināties par 5% līdz 10%.
Neliels procesa logs: lāzera jaudas, skenēšanas ātruma un slāņa biezuma izmaiņas tikai par dažiem procentiem (tādas jaudas izmaiņas ± 1%) var izraisīt plaisas, porainību vai deformāciju. Piemēram, gaisa kuģu dzinēju turbīnu lāpstiņu iekšējo dzesēšanas kanālu sieniņu biezumam jābūt no 0,3 līdz 0,5 mm. Ja kāds no šiem parametriem mainās, kanāli var tikt bloķēti vai struktūra var neizdoties.
Iekārtas stabilitāte: pieaugot drukāšanas laikam, problēmas ar aprīkojuma novecošanu, tostarp lāzera enerģijas zudumi, spoguļa skenēšanas precizitātes novirze un formēšanas dobuma temperatūras izmaiņas, lēnām palielinās kļūdu skaits. Starptautisko standartu grupa veica testu, kas parādīja, ka drukāto materiālu izmēru precizitāte var samazināties no ± 20 μm līdz ± 50 μm pēc tam, kad viena ierīce darbojas 500 stundas pēc kārtas.
Nenoteiktība pēc apstrādes: veidnes pēc to izgatavošanas bieži ir jāapstrādā ar smilšu strūklu un jānopulē, lai tās atbilstu virsmas raupjuma standartiem, piemēram, Ra Mazāks vai vienāds ar 0,8 μm. Šī metode var izraisīt jaunas izmēru kļūdas, jo īpaši mikrostruktūrās, piemēram, konformālo ūdensceļu atzarojumos, kuru standarta apstrāde ne vienmēr var pārliecināties, ka tie ir vienādi.
2, Tehnoloģiskais sasniegums: pilnīgas ķēdes kontroles mehānisma izveide, kas garantē konsekvenci
Nozare lēnām ir izveidojusi tehnoloģisku barjeru partiju konsekvencei, strādājot kopā četrās dimensijās par "aparatūru, programmatūru, procesu un materiāliem". Kā piemērus izmantojot vadošos uzņēmumus, piemēram, Yunyao Shenwei, to risinājumus var grupēt trīs galvenajās kategorijās:
1. Aparatūras stabilitāte: problēmu novēršana to avotā
Augstas-precizitātes pulvera izkliedēšanas sistēma: tiek izmantota bezkontakta pulvera maiņa un integrēta cilindra maiņa, lai novērstu pulveru sajaukšanos. Pateicoties vibrācijas skrīningam un magnētiskā lauka piemaisījumu noņemšanas tehnoloģijām, pulvera tīrība ir palielinājusies līdz vairāk nekā 99,9%. Piemēram, Yunyao Shenwei iekārtas var konsekventi kontrolēt katra slāņa biezumu 2–10 μm robežās, pārliecinoties, ka pulveris vienmērīgi izkliedējas katrā slānī ar precizitāti ±5 μm.
Lāzera enerģijas slēgtā-cilpas kontrole: izmantojot lāzera jaudas,{1}}punkta formas un enerģijas sadalījuma reāllaika uzraudzību, kā arī dinamiskās kompensācijas algoritmus, enerģijas izmaiņas tiek uzturētas ± 0,5% robežās. Konkrēts uzņēmums ražoja desmit-lāzeru sinhronās skenēšanas sistēmu, kas ne tikai padara drukāšanu piecas reizes ātrāku nekā parastais aprīkojums, bet arī samazina virsmas raupjumu līdz Ra Mazākam vai vienādam ar 1,6 μm, optimizējot punktu pārklāšanos.
Vides kontroles sistēma: tai ir vairāku{0}}zonu temperatūras kontroles modulis un inertas gāzes cirkulācijas sistēma veidņu dobumā. Tas uztur temperatūras gradientu ± 2 grādu robežās un skābekļa koncentrāciju zem 50 ppm, kas aptur deformācijas deformāciju, ko izraisa termiskais stress.
2. Procesa optimizācija: no pieredzes-uz datiem-balstīta
Parametru bibliotēka un procesa simulācija: izveidojiet procesa parametru bibliotēku, kas ietver tādus izplatītus materiālus kā titāna sakausējums un veidņu tērauds. Pēc tam izmantojiet galīgo elementu analīzi (FEA), lai modelētu, kā izkusis baseins izturēsies laika gaitā, prognozētu, kā tas deformēsies, un uzlabotu atbalsta struktūras. Piemēram, viens uzņēmums izmantoja simulāciju, lai samazinātu aviācijas dzinēju degvielas sprauslu drukāšanas kropļojumus no 0,8 mm līdz 0,2 mm.
Tiešsaistes uzraudzība un atgriezeniskā saite slēgtā ciklā: drukāšanas laikā izmantojiet ātrgaitas kameras{0}}un infrasarkanos termometrus, lai iegūtu svarīgu informāciju, piemēram, par izkausētā baseina formu un temperatūras lauka sadalījumu reāllaikā. Izmantojiet mašīnmācīšanās algoritmus, lai lidojuma laikā mainītu skenēšanas ceļus un jaudas iestatījumus. Yunyao Shenwei viedajā procesu bibliotēkā ir apvienoti vairāk nekā 100 000 materiālu raksturlielumu komplekti. Tikai ar vienu klikšķi tas var atrast labāko drukas risinājumu, padarot izmēru konsekvenci labāku ± 10 μm robežās.
Drukāšana ar vairāku veidu materiāliem: lai apmierinātu dažādu veidnes daļu funkcionālās vajadzības, piemēram, nodilumizturību un siltumvadītspēju, ir jāuzlabo gradienta materiālu drukas tehnoloģija. Piemēram, uz konformāla kanāla virsmas tiek uzklāts vara sakausējuma slānis ar izcilu siltumvadītspēju, savukārt galvenā struktūra ir izgatavota no augstas -stitības titāna sakausējuma. Tas tiek darīts, izmantojot materiālu saskarnes pārvaldības tehnoloģiju, lai izveidotu viengabalainu saikni.
3. Kvalitātes izsekojamība: no vienas preces pārbaudes līdz visa procesa kontrolei
Digital Twin: izveidojiet virtuālos modeļus katrai ierīcei, sekojiet līdzi faktiskā aprīkojuma darba stāvoklim un drukāšanas iestatījumiem reāllaikā un izmantojiet datu dvīņu tehnoloģiju, lai brīdinātu par iespējamām problēmām, pirms tās rodas. Šī tehnoloģija ir palīdzējusi vienam uzņēmumam samazināt iekārtu dīkstāves laiku par 40% un palielināt drukas jaudu līdz 98,5%.
Pilnīga procesa kvalitātes izsekojamības sistēma, kas ietver pulvera partiju pārvaldību, drukāšanas procesa uzraudzību un pabeigtā produkta testēšanu, un tas viss veido slēgtu{0}}cilpu datu ķēdi. Katrai veidnei, piemēram, ir sava digitālā etiķete, kuru var skenēt, lai atrastu drukas aprīkojumu, parametru iestatījumus, pulvera partiju un testēšanas ziņojumu. Tādējādi ir viegli atrast kļūdas un saukt cilvēkus pie atbildības.
Standarti standartizētiem testiem: palīdziet izveidot starptautiskus standartus tādām lietām kā mehāniskās īpašības (piemēram, stiepes izturība un noguruma ilgums), izmēru precizitāte (piemēram, CT skenēšanas trīsdimensiju noviržu analīze), virsmas kvalitāte (piemēram, baltās gaismas interferometra mērījumi) un citām lietām. Tas palīdzēs nozarei augt standartizētā veidā.
3. Industrializācijas prakse: liela mēroga pielietojums no aviācijas līdz veselības aprūpei
Mums ir jāpārbauda tehnoloģiju sasniegumu patiesā vērtība, izmantojot tos rūpniecībā. Šobrīd ar metāla 3D drukas veidnēm var izgatavot produktu partijas, kas ir konsekventas daudzās augstākās klases-nozarēs:
Aviācija: COMAC C929 izmanto SLM tehnoloģiju, lai drukātu spārnu balstus, kas izgatavoti no titāna sakausējuma. Tas nodrošina izmēru novirzi, kas ir mazāka par vai vienāda ar ± 15 μm, sērijveidā ražojot 200 gabalus, izmantojot vairāku-lāzeru sadarbību un slēgtas{5} cilpas vadību. Tas arī iztur noguruma testu un samazina svaru par 15%. Reģeneratīvās dzesēšanas kanālu topoloģija ir uzlabojusi SpaceX raķešu vilces kameru, samazinot drukāšanas ciklu no parastajiem 6 mēnešiem līdz 3 nedēļām un ļaujot veikt 500 siltuma cikla testus bez kļūmēm.
Medicīniskā veidne: 3D{1}}apdrukāta veidne poraina titāna sakausējuma korpusa saplūšanas ierīcei, kas saīsina iesmidzināšanas ciklu no 120 sekundēm līdz 45 sekundēm un paaugstina produkta sertifikācijas līmeni no 85% līdz 99%; Ekskluzīvā kobalta hroma sakausējuma zobu kroņa veidni var pielāgot tikai 2 nedēļu līdz 3 dienu laikā, un, ja tiek izgatavoti 5000 gabali vienlaikus, izmērs vienmēr ir ± 20 μm robežās.
Automobiļu veidne: jauns enerģijas transportlīdzekļu uzņēmums izmantoja 3D drukāšanu, lai izgatavotu akumulatoru kastes veidnes, kas samazināja metināšanas procedūru no 12 līdz 3 un padarīja korpusu par 20% stingrāku. Tā izveidoja 3D drukas ražošanas līniju, kas var izgatavot 50 000 vienību gadā. Vienas preces izmaksas ir par 35% zemākas nekā ar tradicionālajām metodēm.