Hvordan kombinerer man metal 3D-print og CNC-bearbejdning på den mest fornuftige måde?

一, Teknologisk komplementaritet: en logisk ændring fra "opposition" til "symbiose"
Metal 3D-print (ved at bruge SLM/DMLS-teknologi som eksempel) bruger en laser til at smelte metalpulver lag for lag, hvilket gør det muligt at bygge komplicerede indvendige strukturer på én gang. Dens vigtigste fordele er:
Gennembrud i strukturelle frihedsgrader: i stand til at lave gitterstrukturer, konforme kølekanaler, ujævne overflader og andre ting, som typiske CNC-maskiner ikke kan. For eksempel får et bestemt hydraulisk ventilhus forskudte oliekredsløb gennem 3D-print, hvilket gør flowkanalen 300 % mere kompliceret. CNC-bearbejdning kræver mange klemmer og er svært at sikre, at den forsegler.
Additiv fremstilling spilder ikke noget materiale, og materialeudnyttelsesgraden kan være over 90%, hvilket er langt større end 50% til 70% for CNC-bearbejdning.
Kapaciteten til hurtigt at gentage: Efter ændring af den digitale model kan den printes med det samme uden at skulle omformes. Dette har reduceret den tid, det tager at udvikle nye varer, fra måneder til dage.
Men den indledende nøjagtighed (± 0,04 mm) og overfladeruhed (Ra12,5 μm) af 3D-print gør det svært at opfylde behovene for høj-montage. Det er, når CNC-bearbejdning bliver meget vigtig:
Størrelseskorrektion: For at kompensere for krympedeformation under udskrivning bør du fræse værktøjsmaskinens styreoverflade med en nøjagtighed på ± 0,02 mm.
Overfladebearbejdning: Præcisionsfræsning hæver overfladeruheden fra Ra12,5 μm i den -støbte tilstand til Ra1,6 μm, og spejlpolering kan endda hæve den til Ra0,2 μm.
Nøglefunktionsbearbejdning: CNC er fantastisk til at udføre alle former for lokal bearbejdning, som at lave endeflader med høj præcision og gevindhuller med høj præcision.
2, Et almindeligt use case er, når du skal opfylde både komplicerede struktur- og præcisionskrav.
1. I rumfartsbranchen skal der være en balance mellem at være let og at kunne bære en masse vægt.
En rumfartsvirksomhed bruger metoden "3D-print+CNC" til at lave motorforbrændingskamre:
3D-printproces: Udskrivning af komplicerede former med konforme kølekanaler ud af Inconel 718, en nikkel-baseret høj-temperaturlegering. Dette gør strukturerne 35% lettere og i stand til at håndtere temperaturer op til 1200 grader.
CNC-proces: Ultra-nøjagtig bearbejdning af forseglingsoverfladen til en fladhed på 0,01 mm for at sikre, at den fungerer godt i situationer med højt-tryk.
Effektverifikation: Produktionscyklussen er 60 % kortere end ved standard støbe- og svejsemetoder, og udmattelseslevetiden er dobbelt så lang.
2. Medicinske implantater: en blanding af personalisering og biokompatibilitet
Sådan fremstilles ortopædiske implantater af titanlegering:
3D-print: Udskriv ved hjælp af CT-data fra patienten en porøs lårbensstamme med en porøsitet på 60 % til 80 % og en porestørrelse på 200 til 500 μm. Dette vil efterligne formen af ​​naturlige knogletrabekler.
CNC-bearbejdning: Præcis fræsning af den koniske parringsoverflade, der rører knoglemarvskaviteten for at sikre, at den opfylder H7-niveautolerance og opnår biologisk fiksering.
Overfladebehandling: Sandblæsning og anodisering gør overfladen mere ru, hvilket hjælper knogleceller til at klæbe til den.
3. Industrielle forme: en god balance mellem komplicerede flowkanaler og god køling
Et bestemt formfirma bruger en blandet fremstillingsløsning:
3D-print laver en formkerne med tre lag interne kølekanaler på én gang. Dette gør køling 30 % mere effektiv og løser problemet med lækager, der sker med standard bloksplejsning.
CNC-bearbejdning: poler skillefladen til Ra0,4 μm for at gøre det nemmere at fjerne plastikdele.
Omkostningssammenligning: Prisen pr. styk er faldet med 42 %, og der er ingen grund til at bekymre sig om skimmelsvamp fra svejseforvrængning.
3, Procesintegrationsvej: forbedring af hele processen fra design til efter-behandling
1. Designfase: Optimer topologien afhængigt af grænserne for fremstillingsprocessen.
DFAM (Design for Additive Manufacturing): Brug af en gitterstrukturgenererende metode til at halvere vægten, mens styrken bevares.
Reserveret bearbejdningsgodtgørelse: Afsæt 0,3–0,5 mm til elementer, der har brug for CNC-finish, såsom monteringsoverflader og hulplaceringer. Dette vil forhindre, at udskrivningslagsmønstre påvirker nøjagtigheden.
Optimering af støttestrukturen: Brug simuleringsanalyse til at skære ned på mængden af ​​støtte, mens du sikrer dig, at CNC-værktøjer stadig er nemme at komme til. For eksempel er støtten til et bestemt luftfartsbeslag placeret på den ikke-bearbejdede overflade, hvilket reducerer CNC-bearbejdningstiden med 30 %.
2. Udskrivningsstadiet: Arbejder sammen om at regulere indstillinger og udføre efter-behandling
Choose spherical powder (flowability>30s/50g) for at få pulveret til at fordele sig mere jævnt og sænke porøsiteten til mindre end 0,5 %.
Varmebehandlingsteknikken omfatter afspændingsudglødning ved 650 grader i 2 timer og varm isostatisk presning (HIP) for at hæve densiteten til over 99,9%.
Retningskontrol: Brug Magics software til at finde den bedste vinkel til at placere elementer for at skære ned på den nødvendige støtte til hængende konstruktioner.
3. CNC-bearbejdningsstadiet: Fem-aksekobling og smart kompensation
Bearbejdningscenter med fem-akser: Siemens 840D-systemet bruges til at klemme og bearbejde komplekse overflader på én gang, hvilket forhindrer fejl i positioneringen.
Digital tvillingteknologi: Brug af Vericut-simulering til at forudsige, hvordan bearbejdning vil ændre sig og foretage justeringer af modellen på forhånd. For eksempel forbedrede simulering konturnøjagtigheden af ​​en given turbinevinge fra ± 0,05 mm til ± 0,02 mm.
Ved maskininspektion: Brug af Renishaw-sonder til at holde øje med bearbejdningsdimensioner i realtid og rette fejl, der sker på grund af værktøjsslid.
4. Stadium af overfladebehandling: kombinerer funktionalisering og ornamentering
Sandblæsningsbehandling: Brug 120 mesh glasperler for at gøre overfladeruheden Ra3,2 μm for at hjælpe belægningen til at klæbe bedre.
Mikrobueoxidation: Lav en keramisk belægning 10 μm tyk på overfladen af ​​titanlegering. Filmen er 1000HV hård og fem gange mere modstandsdygtig over for slid.
PVD-belægning: Påføring af en TiN-belægning gør overfladen hårdere (2200HV) og giver den et gyldent udseende.