Vai virsmas apstrāde ietekmē izmēru pielaides? Perfektas apdares slēptās izmaksas?

Ja esat norādījis vai iegādājies 3D metāla drukas materiālu daļas jebkuram nopietnam pielietojumam, jums, iespējams, ir bijusi šī saruna: CAD modelis izskatās perfekti, pielaides ir skaidri atzīmētas kā ±0,05 mm, daļa drukā skaisti… un pēc virsmas apstrādes tā vairs neder. Klients zvana, neapmierināts, jautā, kas nogāja greizi.

Pēc 15 gadiem, strādājot ar inženieriem, iepirkumu komandām un pētniecības un attīstības vadītājiem SLM 3D Printing Metal projektos, varu jums to pateikt ar pārliecību: virsmas apstrāde ir viens no nepietiekami novērtētajiem faktoriem, kas ietekmē galīgās izmēru pielaides. Daudzas komandas apdari uzskata par kosmētisku soli. Patiesībā tas ir atņemošs (vai dažreiz aditīvs) ražošanas process, kas tieši maina kritiskās dimensijas.

Šodien es dalos ar praktisko realitāti, ko esmu iemācījies simtiem reālu ražošanas sēriju - labās, sliktās un dārgās nodarbības -, lai jūs varētu izvairīties no visbiežāk sastopamajām kļūmēm, strādājot ar pielāgotu 3D metāla drukas rūpnīcu.

Saruna, kas nepieciešama katram inženierim

Lielākais mīts piedevu ražošanā ir tāds, ka daļa, kas iznāk no printera, ir pēdējā daļa. Tā nav. Tas ir "gandrīz-neto-formas" komponents, kuram gandrīz vienmēr ir nepieciešama pēc-apstrāde, lai izpildītu funkcionālās prasības.

Es vienmēr saku saviem klientiem: "Dizains finišam pirmais, nevis pēdējais." Tā kā, tiklīdz esat izlēmis par virsmas apstrādi - vai tā ir lodīšu strūkla, elektropulēšana, CNC apstrāde vai anodēšana -, jums ir attiecīgi jāpielāgo savs CAD modelis un pielaides. Ja tas netiek izdarīts, tas ir viens no ātrākajiem veidiem, kā sadedzināt prototipu budžetu.

Spriedze ir patiesa: mārketings un kvalitātes nodrošināšana vēlas skaistas, gludas virsmas, savukārt mehānikas inženieriem ir vajadzīgas precīzas pielaides un stingras pielaides. Šo prasību saskaņošana ir vieta, kur pieredzējušas metāla 3D drukas ražotāju komandas nopelna naudu.

Izpratne par izmēru toleranci piedevu ražošanas pasaulē

InMetāla 3D drukas materiāli, pielaide attiecas uz to, cik cieši pēdējā fiziskā daļa atbilst paredzētajai CAD ģeometrijai. SLM procesos, kā-izdrukātās pielaides parasti svārstās no ±0,1 mm līdz ±0,3 mm atkarībā no detaļas izmēra, ģeometrijas un materiāla. Tas ir sākuma punkts -, nevis finiša līnija.

Svarīgu lomu spēlē slāņa biezums. 30 μm slānis parasti nodrošina labāku "neapstrādātu" precizitāti nekā 60 μm slānis, taču tas arī palielina būvniecības laiku un izmaksas. Pat ar optimizētiem parametriem termiskie gradienti drukāšanas laikā rada atlikušos spriegumus, kas izraisa nelielu deformāciju vai saraušanos, kad daļa tiek noņemta no konstrukcijas plāksnes.

Tāpēc precīzās metāla 3D drukāšanas pakalpojumi gandrīz vienmēr ietver sarunu par pēcapstrādi{1}}projekta sākumā.

Cik Dažādi3D metāla materiālsIespējas reaģēt uz apdari

Ne visi materiāli darbojas vienādi, kad sākat noņemt vai pievienot virsmu.

Titāns (Ti6Al-4V): izturīgs un stiprs, taču tas ātri sacietē. Tas iztur materiālu noņemšanu, kas apgrūtina kontrolētu apdari. Bieži vien ir nepieciešami specializēti instrumenti un lēnāki procesi.

Alumīnijs (AlSi10Mg): mīksts un viegli pulējams, bet arī ļoti viegli pāri-noņemams materiāls. Ja process netiek stingri kontrolēts, varat ātri zaudēt kritiskās dimensijas.

Nerūsējošais tērauds (316L): paredzams darba zirgs. Tas labi reaģē uz elektropulēšanu un mehānisko apdari, ar salīdzinoši nemainīgu materiāla noņemšanas ātrumu.

Inconel un niķeļa supersakausējumi: ļoti grūti apstrādājami augstās cietības un darba{0}}cietēšanas dēļ. Tiem bieži ir nepieciešama stresa mazināšanas termiskās apstrādes kombinācija, kam seko rūpīgas abrazīvās vai elektroķīmiskās metodes.

Zinoša metāla 3D drukas materiālu piegādātāju komanda palīdzēs jums izvēlēties pareizo sakausējumu, ņemot vērā apdari, ne tikai mehāniskās īpašības.

"Atņemtāji": apdares procesi, kas paņem materiālus

Lielākā daļa virsmu apstrādes metāla piedevu ražošanā ir atņemošas.

Apstrāde ar smilšu strūklu / lodīšu strūkla: parasti noņem 5–15 μm. Lieliski piemērots tīrīšanai, bet palielina mainīgumu, ja to nekontrolē.

Elektropulēšana: noņem 10–40 μm atkarībā no cikla laika un strāvas blīvuma. Lieliski piemērots sarežģītām ģeometrijām un iekšējām virsmām, jo ​​darbojas ar elektrību, nevis fizisku kontaktu.

CNC pasta{0}}apstrāde: visprecīzākā, bet arī visdārgākā. Var sasniegt ±0,01 mm uz kritiskajām iezīmēm, taču apstrādei ir jāatstāj krājums (parasti 0,2–0,5 mm).

Ķīmiskā kodināšana: vienmērīga noņemšana, kas ir ideāli piemērota iekšējiem kanāliem, kur mehāniskie instrumenti nevar sasniegt.

Galvenais ir precīzi zināt, cik daudz materiāla katrs process noņem jūsu konkrētajā sakausējumā un ģeometrijā.

"Papildinātāji": apdares procesi, kas veido materiālu

Dažas procedūras palielina biezumu:

Anodēšana (īpaši uz alumīnija): izveido oksīda slāni, kura biezums ir 5–25 μm (II tips) vai līdz 150 μm (III tips). Tas ir jāņem vērā, nosakot caurumu diametru un piemērotību.

Galvanizācijas/PVD pārklājumi: var pievienot 5–50 μm hroma, niķeļa vai citus materiālus.

Pulvera pārklājums: daudz biezāks (50–150 μm), parasti izmanto ne-precīzām virsmām.

Kvantitatīvs salīdzinājums: apdares ietekme uz izmēriem

Šeit ir reāli dati no ražošanas darbībām:

Reāls{0}}pasaules scenārijs

Klientam bija nepieciešams viegls titāna vārsta korpuss ar stingru urbuma pielaidi (±0,03 mm) un spīdīgu ārējo apdari aerodinamiskai veiktspējai. Sākotnējā izdruka atbilst -izdrukātajām pielaidēm, bet pēc elektropulēšanas urbumi bija atvērušies par 0,045 mm - ārpus specifikācijas.

Risinājums: mēs pārveidojām urbumos ar nolūku, uzspiedām nedaudz mazāku izmēru uz kritiskajiem elementiem, pēc tam apstrādājām urbumus pēc termiskās apstrādes, bet pirms galīgās ārējās elektropulēšanas. Rezultāts: visas pielaides ir izpildītas un virsmas prasības ir izpildītas. Kopējās izmaksas palielinājās par ~ 18%, bet metāllūžņu līmenis samazinājās no 35% līdz 5%.

Projektēšana apdarei: Pro{0}}Padomi no rūpnīcas grīdas

Upura krājums: pievienojiet 0,15–0,30 mm materiālu uz virsmām, kuras tiks pabeigtas.

Iekšējie kanāli: izveidojiet tos 0,2–0,4 mm lielus, ja tiks izmantota elektropulēšana vai AFM.

Orientācijai ir nozīme: kad vien iespējams, drukājiet kritiskās pielaides elementus XY plaknē.

Sazinieties agri: piedāvāšanas posmā kopīgojiet savu pilno apdares plānu ar savu pielāgoto 3D metāla drukas rūpnīcu.

Ekonomiskā ietekme

Precīzajos projektos apdare var veidot 25–45% no kopējām detaļu izmaksām. Tomēr, to izlaižot, bieži vien palielinās metāllūžņu daudzums, neveiksmīgas pārbaudes un darbības traucējumi. Labs rūpnieciskās metāla 3D drukas ražotājs palīdzēs jums atrast jauko vietu - "pietiekami labu" apdari tur, kur tai nav nozīmes, un precizitāti tur, kur tā ir.

Nozares standarti un atbilstība normatīvajiem aktiem

ISO 2768 nosaka vispārējās pielaides, savukārt ASTM F2924 un F3001 attiecas uz titāna piedevu. Medicīnas un kosmosa jomā dokumentēta procesa validācija ir obligāta. Vienmēr strādājiet ar sertificētu partneri, kas var nodrošināt pilnīgu izsekojamību.

Bieži uzdotie jautājumi par virsmas apstrādi un pielaidēm

Cvai es sasniedzu spoguļa apdari, neietekmējot piemērotību?

Jā, bet tikai tad, ja modelī ieplānojat kompensāciju un atstājat atbilstošu krājumu.

Cik daudz krājumu atstāt CNC{0}}pēcapstrādei?

Parasti 0,2–0,5 mm uz vienu virsmu atkarībā no nepieciešamās galīgās pielaides.

Vai konstrukcijas orientācija ietekmē galīgo virsmas apdari?

Pilnīgi noteikti. Augšup-ādas virsmas ir gludākas nekā uz leju-ādas. Attiecīgi orientējieties uz kritiskajām iezīmēm.