Kurām nozarēm ir visaugstākās prasības attiecībā uz izmēru precizitāti metāla 3D drukāšanā?

1. Aviācija: spēle ar milimetru{1}līmeņa precizitāti ļoti skarbos apstākļos
Lidmašīnu sektors ir metāla 3D drukas tehnoloģijas izmantošanas "augstienis". Galvenās vajadzības ir sarežģītu konstrukciju integrēta formēšana un to darbības nodrošināšana skarbos apstākļos. Piemēram, aviācijas dzinēju lāpstiņu darba temperatūra var pieaugt līdz 1500 grādiem, un tām ir jāspēj izturēt liela-ātruma rotācijas spriegumu, kas sasniedz desmitiem tūkstošu apgriezienu minūtē. Jebkuras nelielas izmēra izmaiņas var izraisīt dinamisko klīrensu starp asmeņiem un korpusu, kas var kļūt nekontrolējams, kas var izraisīt katastrofālas kļūmes.
Prasības precizitātei:
Izmēru pielaide: svarīgu detaļu, piemēram, degvielas iesmidzinātāju un turbīnu lāpstiņu, izmēru pielaidei jābūt ± 0,02 mm robežās. Dažām savienojošām virsmām var būt pat jābūt ± 0,01 mm robežās.
Virsmas raupjums: funkcionālajam virsmas raupjumam jābūt mazākam par Ra0,8 μm, lai gaisa plūsma neatdalītos un neveidotos termiskais spriegums.
Ģeometriskā pielaide: lai pārliecinātos, ka aerodinamiskā veiktspēja atbilst konstrukcijai, sarežģītu virsmu kontūru kļūdai jābūt mazākai par 0,05 mm.
Kā to izdarīt tehniski:
Lāzera selektīvā kausēšana (SLM): augstas precizitātes veidņu izgatavošanai tiek izmantots 20–60 μm plāns pulvera pārklājums un mikrometra{2}izmēra lāzera punkts. Titāna sakausējuma centrālās spārna malas sloksnes, ko Platinum Lite ražoja, piemēram, lidmašīnai C919, izmēru precizitāte ir ± 0,05 mm un virsmas raupjums Ra3,2 μm. Pēc elektropulēšanas virsmas raupjums tiek samazināts līdz Ra0,4 μm.
Vairāku-lāzeru kopīgā skenēšana: tiek izmantoti 4–8 lāzeri, kas ir sinhronizēti, lai samazinātu siltuma stresa radītos traucējumus. Liantai Technology uz noteiktu aviācijas vienību nosūtīja ļoti plānas metāla detaļas. Plānākā siena bija 0,25 mm bieza, un pielaide bija tikai 0,075 mm. Tas parādīja, ka daudzu{8}lāzeru sistēma bija stabila.
Slēgtas cilpas atgriezeniskās saites kontrole: reāllaikā sekojot līdzi kausējuma baseina temperatūrai un pulvera izkliedes stāvoklim un pēc vajadzības mainot lāzera intensitāti, starpslāņa kļūda saglabājas 5 μm robežās.
2. Medicīniski implanti: bioloģiskā saplūšana nodrošina mikro-mēroga pielāgošanu.
Stingri individualizētās veselības aprūpes noteikumi padara metāla 3D drukāšanu medicīnas jomā tik precīzu. Piemēram, ja runa ir par ortopēdiskajiem implantiem, pacientu kauli var būt ļoti dažādi pēc formas un blīvuma. Izmantojot tradicionālos standartizētos implantus, ir nepieciešama otra operācija, lai padarītu tos piemērotākus. Tomēr ar 3D drukāšanu ir iespējams precīzi izveidot "viens pacients, viena politika".
Prasības precizitātei:
Implanta kontūras neprecizitātei ir jābūt mazākai par 0,1 mm, salīdzinot ar pacienta CT datiem, lai nodrošinātu vienmērīgu kaulu kontakta slodzes sadalījumu.
Virsmas funkcionalizācija: veiciniet kaulu šūnu proliferāciju, izmantojot mikroporainu struktūru ar porām, kuru izmērs ir no 50 līdz 500 μm un porainības novirzi ± 2%.
Bioloģiskā saderība: virsmas raupjums nedrīkst pārsniegt Ra1,5 μm, lai novērstu baktēriju vairošanos un audu kairinājumu.
Kā to izdarīt tehniski:
Augstas-izšķirtspējas SLM iekārta izmanto 50 μm lāzera punktu un 15 μm slāņa biezumu, lai veidotu struktūras mikrometru līmenī. Piemēram, Teyifei izgatavoja titāna sakausējuma gūžas locītavas protēzi konkrētam ortopēdijas uzņēmumam. Tam ir pielāgota precizitāte 0,01 mm un klīniskās saderības līmenis virs 99%.
Dizains topoloģijas optimizācijai: izmantojiet AI algoritmus, lai izveidotu vieglas režģa struktūras, kas izmanto mazāk materiāla, tomēr ir izturīgas. Zobu implants ir uzlabots, lai tas būtu par 40% vieglāks un kalpotu trīs reizes ilgāk, pirms tas ir jānomaina.
Pēc-apstrādes tehnoloģija: virsmas raupjums tiek samazināts no Ra12 μm līdz Ra0,8 μm, apvienojot ķīmisko pulēšanu un lāzera mikroapšuvumu. Mikroporainā struktūra paliek nemainīga.
3. Precīzijas veidnes: stabilitāte masveida ražošanā līdz dažiem mikroniem
Metāla 3D drukāšanai veidņu biznesā ir jābūt ļoti precīzai, jo masveida ražošanai ir jābūt ļoti konsekventai. Piemēram, ar iesmidzināšanas veidnēm serdes virsmas raupjums tieši ietekmē izstrādājuma izskatu, un dobuma izmērs tieši ietekmē to, cik labi detaļas sader kopā. CNC apstrāde un pulēšana prasa vairākas nedēļas, lai izveidotu veidni vecmodīgā veidā. Izmantojot 3D drukāšanu, jūs varat veikt abus vienlaikus.
Prasības precizitātei:
Izmēru stabilitāte: lai apstrādātu karstuma deformāciju, kas notiek desmitiem tūkstošu iesmidzināšanas formēšanas ciklu laikā, veidnes dobuma izmēru pielaidei jābūt ± 0,01 mm/100 mm robežās.
Virsmas gludums: lai apmierinātu lāzerkomunikāciju sistēmu atstarošanas vajadzības, optisko veidņu virsmas raupjumam jābūt mazākam par Ra0,05 μm.
Dzesēšanas efektivitāte: lai nodrošinātu vienmērīgu veidnes temperatūru, konformālā dzesēšanas ūdens kanāla diametra novirzei jābūt mazākai par ± 0,05 mm.
Kā tas tehniski darbojas:
Adhesive Jet (BJ) tehnoloģija: šī mikronu{0}}izmēra pulveru līmēšanas un saķepināšanas metode ļauj izgatavot veidnes ar ļoti augstu precizitāti. Noteikts uzņēmums izgatavoja BJ aprīkojumu, kura precizitāte ir ± 0,05 mm un kuras virsmas raupjums ir Ra3 μm. Pēc smilšu strūklas tas samazinās līdz Ra1,6 μm.
Piecu-asu savienojuma apstrāde: 3D drukāšanas izmantošana, lai pievienotu CNC frēzēšanu būtiskām savienojamām virsmām precīzai apstrādei. Piemēram, uzņēmums Anyuan Mold ir palielinājis apavu modeļu serdeņu izmēru precizitāti no ± 0,1 mm līdz ± 0,02 mm, izmantojot “drukāšanas” un “frēzēšanas” kombināciju.
Materiālu inovācija: veidņu tērauda pulvera izveide ar augstu siltumvadītspēju, piemēram, martensīta tēraudu, kas izplešas tikai par vienu{0}}trešdaļu vairāk nekā citi materiāli. Tas ievērojami samazina izkropļojumus iesmidzināšanas formēšanas laikā.
4. Mikrofluidiskās mikroshēmas: visprecīzākais veids, kā manipulēt ar šķidrumiem nanomērogā
Mikrofluidiskās mikroshēmas ir ļoti svarīgas tādās jomās kā bioloģiskā noteikšana un ķīmiskā sintēze. To metāla daļas ir jākontrolē gan mikro, gan nano līmenī. Piemēram, noteiktā DNS sekvencēšanas mikroshēmā ir jāietver tūkstošiem mikrokanālu 5 mm × 5 mm apgabalā, saglabājot kanāla platuma novirzi, kas ir mazāka par ± 0,5 μm; Ja tas netiks izdarīts, šķidruma novirzīšanas kļūdas pārsniegs 5%.
Prasības precizitātei:
Objekta izmērs: mikrokanāla platumam jābūt no 10 līdz 100 μm, un dziļumam jābūt ±1 μm.
Virsmas līdzenums: lai šķidrumiem būtu vieglāk plūst, kanāla apakšai jābūt mazāk raupjai par Ra0,1 μm.
Strukturālā integritāte: lai nodrošinātu, ka blīvējums noturas zem augsta spiediena, tajā nedrīkst būt mikroplaisām vai porām.
Kā to izdarīt tehniski:
Īpaši ātra lāzera apstrāde: tiek izmantoti femtosekundes lāzera impulsi, lai noņemtu materiālu, kura biezums ir mazāks par mikronu, un izvairītos no karstuma bojātām vietām. Pētījuma grupa izmantoja femtosekundes lāzeru, lai drukātu uz niķeļa{2}}bāzētas mikrofluidiskas mikroshēmas ar kanāla platuma novirzi tikai ± 0,3 μm.
Elektroķīmiskā pulēšana: izmantojot mikrostrāvas kontroli un elektrolīta sastāvu kopā, virsmas raupjums mainās no Ra5 ​​μm līdz Ra0,05 μm, vienlaikus saglabājot precīzu kanāla formu.
Vairāku-materiālu kompozītmateriālu druka: metāla-keramikas gradienta druka tiek izmantota, lai uz kanāla iekšējās sienas uzklātu bioloģiski inertu pārklājumu, kas padara mikroshēmu ilgāku kalpošanas laiku.