Hvordan opnår man høj-nøjagtig samling efter metal 3D-print?

1. Designoptimering: Stop montagefejl, før de sker.
Dynamisk kompensation og tolerancefordeling
Baseret på karakteristikaene for udskrivningsprocessen (f.eks. SLM-nøjagtighed ± 0,05 mm og EBM ± 0,1 mm), lad plads til monteringstolerancer på 3D-modelstadiet. For eksempel skal overfladen, hvor turbinebladene og skiven på en flymotor mødes, holdes inden for en tolerance på ± 0,02 mm. Funktionen "vandret ekspansion" kan bruges til at kompensere for materialets krympning under udskrivning (f.eks. er en titanlegerings krympningshastighed ca. 0,8%). VoxelDance Engineering simuleringssoftware hjalp Guangzhou Ruitong Additive Manufacturing Company med at forbedre deformationskompensationen af ​​tandimplantater. Dette bragte deformationen af ​​positioneringsringen ned fra 0,3 mm til inden for 0,1 mm, hvilket løste problemet med monteringsnøjagtighed.
Standardiserede grænseflader og modulært design
Brug af konventionelle tilslutningsmetoder såsom USB-grænsefladeforbindelser og Lego--lignende træk- og tapstrukturer for at gøre monteringen nemmere. For eksempel har OpenRC F1 racermodellen standardiserede grænseflader, der gør det nemt for brugerne at skifte dele som dæk og halefinner. Til komplicerede konstruktioner kan de brydes op i mindre, separate dele (såsom led, led og skaller af robotarme), der kan printes og sættes sammen uafhængigt. Dette gør det lettere at rette og opgradere senere.
Understøtter optimering og splejsning med forsiden-nedad
Brug overfladen, der skal splejses, som printfundament, og brug det første lags planhed for at gøre splejsningen mere præcis. Når du f.eks. udskriver to semi-cirkulære modeller, kan forsiden nedad gøre syning mindre påvirket af lagdeling. Reduktion af kontaktarealet med gitter eller konisk støtte gør det lettere at fjerne bagefter. For eksempel bruger emner lavet af 316L rustfrit stål en skakternet scanningsteknik og konturforskydning for at gøre overfladen mindre ru, idet den går fra Ra12 μm til Ra3,2 μm.
2. Proceskontrol: nøjagtig styring af udskrivningsindstillinger
Optimering af energitæthed
Du kan regulere formen på den smeltede pool ved at ændre lasereffekten, scanningshastigheden og lagtykkelsen. Dette kan hjælpe med at forhindre problemer som spheroidization og ufuldstændig fusion. For eksempel skal energitætheden af ​​titanlegeringen Ti6Al4V holdes mellem 60 og 120 J/mm³. Hvis effekten er for lav, eller hastigheden er for høj, er mellemlagsbindingskraften muligvis ikke stærk nok. Hvis energitætheden er for høj, kan det forårsage termisk spændingsrevner.
Holder luften ren og temperaturen rigtig
For at forhindre, at metallet oxiderer, tilsættes høj-ren argon eller nitrogengas (med et oxygenniveau på mindre end 0,1 %) ved hvert trin. For eksempel hjælper forvarmning af substratet til 150-200 grader før udskrivning af AlSi10Mg aluminiumslegering med at sænke termisk stress og stoppe vridning. Brug af multi-samarbejdende scanningsteknologi kan også sprede varmetilførslen ensartet og sænke restspændingen.
Overvågning online og giver feedback i et lukket kredsløb
Brugte infrarøde termometre, smeltebassin-kameraer og andre sensorer til at holde øje med temperaturfeltet og formen på smeltebassinet i realtid under udskrivning. For eksempel bruger en virksomhed AI-algoritmer til at se på ændringer i bredden af ​​smeltebassinet, automatisk variere lasereffekten og sænke porøsiteten fra 0,5 % til mindre end 0,1 %, hvilket i høj grad øger materialets tæthed.
3. Efter-behandlingsteknologi: gør overfladen bedre og bevarer dens form.
Varmebehandling fjerner stress inde i materialet.
Udglødning, som opvarmning af titanlegering i argon ved 800 grader i to timer, kan slippe af med resterende spænding, der opbygges under udskrivning, og stoppe forvrængning under samling. Slukning og temperering kan bruges til at gøre dele med høj-styrke hårdere og sejere. Nikkel-baserede høj-legeringsdele, der er blevet behandlet med varm isostatisk presning (HIP), er et eksempel. Deres tæthed er næsten 100 %, og deres udmattelsesstyrke er steget med mere end 30 %.
Præcisionsbearbejdning og overfladebehandling udført af maskiner
CNC-bearbejdning: Til funktionelle overflader, såsom lejende overflader, skal der efterlades et mellemrum på 0,1–0,3 mm. Brug en CNC-værktøjsmaskine med fem--akser til at opnå præcise krav til 0,02 mm fladhed og Ra3,2-ruhed.
Elektrolytisk polering er en proces, der bruger elektrokemiske principper til at slippe af med små ujævnheder på overfladen af ​​aluminiumslegeringsdele. Dette sænker overfladeruheden fra Ra6 μm ​​til Ra0,2 μm og skaber et passiveringslag, der gør delene mere modstandsdygtige over for korrosion.
Ved at bruge Al ₂ O3 eller glasperler til at ramme overfladen med høj hastighed, fjerner sandblæsningsbehandlingen pulverrester og får overfladen til at se mere ensartet ud. For eksempel brugte en bestemt virksomhed sandblæsning til at justere overfladeruheden af ​​3D-printede titanlegeringsimplantater til Ra1,6 μm, hvilket hjalp knogleceller til at holde sig til dem.
Deformationskompensation drevet af simulering
Du kan bruge software som VoxelDance Engineering til at simulere hele printprocessen, gætte, hvordan tingene vil ændre sig, og lave modeller til kompensation. Et specifikt firma reducerede f.eks. deformationen af ​​dele efter simuleringsjustering fra 0,5 mm til 0,05 mm for brændstofdyser til flymotorer og gjorde samlingsafstanden mere jævn med 80 %.
4. Plan for at sætte tingene sammen: Sørg for, at alt er korrekt med jævne mellemrum
En platform til at samle ting, der er meget stiv
Brug af en høj-stivhedsbasis, et præcist transmissions- og styresystem og et integreret design for at mindske effekten af ​​udstyrsdeformation på samlingens koaksialitet. For eksempel, i samlebåndet for humanoide robotmotorer, anvendes miljøtilpasningsdesign (såsom at holde temperaturen konsistent) for at skære ned på antallet af systemfejl.
Samling til visuel positionering og kraftkontrol
Tilføj et høj-visionssystem for at finde positionen og retningen af ​​vigtige dele som statoren og rotoren, og kompensere for eventuelle fejl under monteringen. Samtidig er integrerede kraftkontrolsensorer sat på plads for enden for at holde øje med ændringer i kraft og moment i realtid i flere retninger, hvilket gør "fleksibel indføring" mulig. For eksempel anvender en virksomhed kraftstyringsteknologi til at forhindre, at motorsamlingen og pressekraften ændres med mere end ± 5N, hvilket forhindrer lejerne i at gå i stykker.
Feedback i et lukket kredsløb og kapacitet til at spore data
Indsamling af data om tryk, forskydning, drejningsmoment og andre faktorer i realtid under montageprocessen og sammenligne dem med det forudbestemte procesvindue. Systemet vil automatisk slå en alarm eller handle, hvis noget går galt. For eksempel laver én virksomhed separate samlingsprocesregistreringer for hver humanoid robotmotor, leverer statistisk proceskontrol (SPC) og kvalitetssporbarhed og gør batchkonsistensen bedre end 99,9 %.
5. Branche cases og trends at se frem til
Rumfartsområdet
GE Aviation anvender SLM-teknologi til at printe brændstofdyser til LEAP-motorer. Dette kombinerer 20 stykker i én, hvilket gør den 25 % lettere og holder 5 gange længere. Takket være den kombinerede kontrol af printparameteroptimering og CNC-præcisionsbearbejdning er dens samlingsnøjagtighed ± 0,01 mm.
Område for medicinske implantater
Johnson&Johnson DePuy Synthes bruger 3D-printede acetabulære kopper af titanlegering til at holde overfladen glat under Ra0,8 μm ved hjælp af elektrolytisk polering. Dette sammen med et porøst strukturelt design fremskynder knogleudviklingen med 40%.