Kā ar metāla 3D drukāšanu var nodrošināt augstas{1}precizitātes veidņu formēšanu?

一, Tehniskais princips: no mikro kausējuma baseina līdz makro precizitātei, precīza kontrole
Metāla 3D drukāšanas galvenā ideja ir izkausēt metāla pulveri slāni pa slānim, izmantojot augstas enerģijas -enerģijas siltuma avotus. Tas ļauj tieši no digitālajiem modeļiem pāriet uz reālām daļām. Piemēram, lāzera selektīvās kausēšanas (SLM) tehnoloģijas procesa plūsmai ir četri galvenie posmi:
Pulvera izkliedēšana: divvirzienu skrāpja mehānisms vienmērīgi izkliedē metāla pulveri pa darbagaldu. Pārklājuma biezumu var regulēt ļoti precīzi, no 5 līdz 50 μm, kas nodrošina pamatu mikrometra{3}līmeņa precizitātei.
Lāzerskenēšana: f-teta objektīvs fokusē augstas-enerģijas staru no 200 W šķiedru lāzera, lai izveidotu punktu, kura diametrs ir mazāks par 100 μm. Pulveris tiek izkausēts pa iepriekš noteiktu ceļu ar ātrumu 3000 mm/s, un izkausētā baseina platums ir aptuveni divas līdz trīs reizes lielāks par plankuma diametru.
Sakraušana pa slāņiem: pēc katra slāņa izkausēšanas darbagalds nolaižas par viena slāņa augstumu, un pulvera klāšanas kausēšanas process tiek atkārtots, līdz tiek panākta trīsdimensiju cietvielu veidošanās, kārtojot slāni pa slānim.
Kontrolējiet atmosfēru: turiet formēšanas kameru piepildītu ar inertu gāzi, kurā ir mazāk nekā 0,1% skābekļa. Tas apturēs metāla oksidēšanos un saglabās materiāla veiktspēju stabilu.
Šī slāņa slāņa kausēšanas metode ļauj veidnē izveidot sarežģītas formas, ar kurām ir grūti strādāt, izmantojot tradicionālās metodes. Piemēram, Platinum BLT-S400 aprīkojums var kontrolēt minimālo elementa izmēru 100 μm robežās un sākotnējo virsmas raupjumu Ra 8 μm robežās 400 × 300 × 400 mm³ veidņu izmēram, izmantojot daudzu-lāzeru kopskenēšanu. Tas nodrošina aparatūras atbalstu veidņu izgatavošanai ar ļoti augstu precizitāti.
2, četri galvenie veidi, kā uzlabot precizitāti, izmantojot tehnoloģiju
1. Elastīgs dzesēšanas kanāls, kas pāriet no vienmērīgi izkliedējoša siltuma līdz precīzai temperatūras kontrolei
Tipiskā veidņu dzesēšanas sistēma izmanto taisnu urbumu vai urbšanas tehnoloģijas, un dzesēšanas ūdens kontūras izvietojums ir ierobežots. Tas var viegli izraisīt veidnes nevienmērīgu temperatūras sadalījumu, kas var radīt problēmas, piemēram, izstrādājuma deformāciju un saraušanos. Metāla 3D drukas tehnoloģija ir pārvarējusi šo barjeru. Izmantojot topoloģijas optimizācijas dizainu, veidnes iekšpusē var izveidot konformālu dzesēšanas kanālu, kas lieliski atbilst veidnes dobuma formai.
Platīna tehnoloģijā tiek izmantots BLT-18Ni300 veidņu tērauds un 3D drukāšana, lai dzesēšanas ūdens kanāls būtu 2–3 mm diametrā un ūdens kanālu atstatums būtu 5–8 mm. Tas ļauj dzesēšanas šķidrumam tieši ietekmēt augstas temperatūras zonas. Eksperimentālie dati liecina, ka uzlabotā dzesēšanas sistēma var samazināt veidnes virsmas temperatūras starpību no 15-20 grādiem parastajās procedūrās līdz zem 5 grādiem, samazināt iesmidzināšanas formēšanas ciklu par 15% -30% un palielināt produkta iznākumu par vairāk nekā 10%.
2. Viegla struktūra: no materiāla noņemšanas līdz struktūras uzlabošanai
Veidojot veidnes pa veco-veidu, liekie materiāli tiek noņemti ar mehānisku apstrādi. Tas maksā resursus un apgrūtina sarežģītu iekšējo struktūru izveidi. Izmantojot topoloģijas optimizācijas metodes, metāla 3D drukāšana var precīzi noņemt elementus, kas nav nepieciešami, vienlaikus saglabājot veidni stipru, tādējādi radot vieglu dizainu.
Piemēram, pēc 3D drukas tehnoloģijas izmantošanas, lai izgatavotu veidni automašīnas daļai, svars tika samazināts par 35%, bet materiālu izmaksas - par 28%. Tajā pašā laikā vieglā konstrukcija padara veidni mazāk smagu, par 40% samazina laiku, kas nepieciešams veidnes nomaiņai, un ievērojami palielina ražošanas efektivitāti. Aizpildot nenesošās -slodzes-sekcijas ar režģa konstrukcijām, svaru var vēl vairāk samazināt, nezaudējot stingrību. Šis ir jauns veids, kā padarīt veidnes vieglākas.
3. Sarežģīta funkciju integrācija: no vienas struktūras līdz daudzām funkcijām
Metāla 3D drukai ir slāņveida ražošanas iezīmes, kas ļauj apvienot vairākas funkcionālās struktūras veidnēs. Piemēram, iesmidzināšanas veidnēs ežektora mehānismu, slīdni, dzesēšanas ūdens ķēdi un citas detaļas var apvienot vienā daļā, lai atvieglotu montāžu un mazāku kļūdu iespējamību. Medicīniskās veidnes scenārijā 3D drukāšana veidoja veidni, kurai bija vajadzīgas 12 daļas, lai to saliktu tikai 2 daļās. Tas samazināja veidnes salikšanai nepieciešamo laiku no 8 stundām līdz 1,5 stundām un saglabāja izmēru pielaidi ± 0,02 mm robežās.
4. Inovācijas materiālos: no universāliem sakausējumiem līdz pielāgotiem materiāliem
Metāla 3D drukāšana var darboties ar plašu materiālu klāstu, tostarp nerūsējošo tēraudu, alumīnija sakausējumiem, titāna sakausējumiem un niķeļa{1}}sakausējumiem. Tas var arī mainīt materiālu īpašības, mainot pulvera sastāvu. Piemēram, aviācijas un kosmosa rūpniecībā veidnes, kas izgatavotas no Inconel 718 — uz niķeļa{5}} bāzes sakausējuma, var palikt izturīgas un izturēt koroziju pat 650 grādu temperatūrā, kas ir nepieciešama ļoti smagos darba apstākļos. Medicīnas jomā titāna sakausējumu porainības (30–70% maināma) un poru izmēra (200–600 μm) pārvaldība var palīdzēt implantiem un cilvēka kauliem labāk sadarboties, kas var padarīt operāciju veiksmīgāku.
3. Pēc-apstrādes tehnoloģija: no neapstrādātas formēšanas līdz nevainojamai precizitātei
Lai gan sākotnējā metāla 3D drukas formēšanas precizitāte ir mikrometru līmenī, joprojām ir jāpievieno pēcapstrādes tehnoloģija, lai tā atbilstu stingriem standartiem attiecībā uz veidņu virsmas kvalitāti, izmēru precizitāti un citām lietām.
Termiskā apstrāde ir procedūra, kas atbrīvojas no atlikušā sprieguma un uzlabo materiālu mikrostruktūru. Daži piemēri ir atkvēlināšana ar šķīdumu un vecuma apstrāde. Piemēram, H13 instrumentu tērauda cietība var mainīties no 38HRC līdz 52HRC pēc šķīduma apstrādes 1050 grādos un novecošanas 620 grādos. Tā nodilumizturība arī kļūst daudz labāka.
Virsmas apstrāde: Lai padarītu virsmu labāku, tiek izmantota smilšu strūkla, pulēšana, galvanizācija un citas metodes. Ar mehānisku pulēšanu noteiktas precīzas veidnes korpusa virsmas raupjums tika samazināts no Ra8 μm līdz Ra0,4 μm. Tas atbilda optiskās kvalitātes izstrādājumu iesmidzināšanas formēšanas standartiem.
Precīza apstrāde: svarīgu priekšmetu CNC frēzēšana vai EDM apstrāde ar stingrām izmēru pielaidēm. Piemēram, noteikta savienotāja veidne tiek izgatavota, izmantojot gan 3D drukāšanu, gan CNC kompozītmateriālu ražošanu, un savienojuma klīrenss tiek saglabāts 0,005 mm robežās, kas ir augstākais līmenis pasaulē.