Hvad er vanskelighederne ved at kontrollere dimensionsfejl i metal 3D-printforme?

1. Dimensionel uoverensstemmelse på grund af materialesvind og termisk spænding
Under 3D-printprocessen gennemgår metalmaterialer en fast-flydende-fastfaseændring. Den termiske udvidelseskoefficient og krympningshastigheden er de vigtigste ting, der påvirker, hvor nøjagtige dimensionerne er. For eksempel ved at bruge materialer, der ofte bruges:

Rustfrit stål (som 316L): Hastigheden for kølesvind er ca. 4%. Hvis omvendt korrektion ikke udføres under modelleringsfasen, kan den 100 mm lange form krympe til 96 mm, hvilket er uden for toleranceområdet på ± 0,1 mm.
Titaniumlegeringer (såsom Ti-6Al-4V) krymper med omkring 2%, men termisk stress opbygges hurtigere, hvilket let kan forårsage vridning, især i bygninger med tynde vægge eller udkragninger.
Sværhedsgennembrud: For at finde den faktiske krympningshastighed skal du bruge reverse engineering-værktøjer som Geomagic Control X. Du skal også bruge formlen "kompenseret størrelse=designstørrelse ÷ (1-krympningshastighed)" under modelleringstrinnet. For eksempel skal forme lavet af rustfrit stål være 4,2 % større (100 mm → 104,2 mm), og forme lavet af titanlegeringer skal være 2,04 % større (100 mm → 102,04 mm). Retningskompensationsteknologi kan også håndtere vanskelige scenarier, når Z-aksens krympningshastighed er 10 % højere end XY-aksen i SLM-procedurer.

2. Forbedring af procesparametre: teknikken til afbalancering af energitæthed og lagtykkelse
For at 3D-udskrivning af metal skal være nøjagtig, skal egenskaber som laserkraft, scanningshastighed og lagtykkelse kontrolleres på en koordineret måde. Enhver ændring i en parameter kan forårsage dimensionsproblemer.

Ikke nok energitæthed: Hvis lasereffekten er for lav, eller scanningshastigheden er for hurtig, smelter pulveret ikke helt, hvilket skaber ufuldstændige fusionsfejl. Dette svækker bindingen mellem lag og gør størrelsen af ​​objektet mindre stabil.
Høj energitæthed: Hvis lasereffekten ændres med mere end 5 %, sprøjter den smeltede pool kraftigt, og det flydende metal bliver til runde partikler på det usmeltede pulver. Dette gør overfladen ujævn og ændrer størrelsen.
Valg af tykkelse på lagene: En lagtykkelse på 0,1 mm kan gøre tingene mere effektive, men mønstrene er klare, og ruheden Ra er større end 5 μm. En lagtykkelse på 0,03-0,05 mm kan gøre ruheden Ra<3 μ m, but it will take more than three times longer to print.
Casestudie: Et luftfartsselskab brugte SLM-teknologi til at printe turbinevinger. De brugte ortogonale eksperimenter til at finde den bedste kombination af parametre: en lasereffekt på 300W, en scanningshastighed på 1200mm/s, en lagtykkelse på 0,05mm og en krydsscanningsbane (tilstødende lag blev scannet langs X/Y-aksen). Den dimensionelle tolerance blev effektivt administreret inden for ± 0,05 mm, i overensstemmelse med luftfartsstandarder.

3. Nøjagtighed af udstyr: fra kalibrering af hardware til styring af bevægelse
Det fysiske grundlag for størrelseskontrol er udstyrspræcision. For at opnå dette skal tre områder arbejde sammen for at forbedre: den mekaniske struktur, bevægelsessystemet og sensorerne.

Platformens niveau: Hvis printplatformen ikke er i vater, har lagene muligvis ikke samme tykkelse, hvilket kan forårsage, at dimensionerne er "tykke på den ene side og tynde på den anden." For at sikre, at aflæsningsforskellen mellem de fem punkter (fire hjørner plus midten) på platformen er mindre end eller lig med 0,05 mm, skal du bruge en måleur, der er nøjagtig til 0,01 mm.
Der er et mellemrum mellem ledeskruen og styreskinnen: Hvis afstanden er for stor, vil printhovedet bevæge sig for langt. Hvis du fortæller den at bevæge sig 10 mm, vil den virkelig bevæge sig 10,02 mm. For at finde hulafstandsfejlen skal du printe en flad plade med mange små huller (5 mm i diameter og 20 mm fra hinanden) og bruge et koordinatmåleværktøj. Derefter kan du løse problemet ved at bruge enhedssoftwarens "elektroniske gearforhold".
Kalibrering af laserpletdiameteren: Hvis du indstiller pletdiameteren forkert (f.eks. hvis den virkelig er 0,1 mm, men programmet siger, at den er 0,08 mm), kan du have "overbrænding" eller "underbrænding". Udskriv en lige linje, der er 10 mm lang, mål derefter den faktiske bredde og sammenlign den med, hvad programmet siger. Du skal rette fejlen, hvis den er mere end 0,02 mm.
4. Design af den støttende struktur: finde den rigtige balance mellem styrke og nem afmontering
Den understøttende struktur er ikke blot "skelettet", der forhindrer modellen i at ændre form, men det kan også være årsagen til størrelsesfejl:

For meget mellemrum mellem understøtninger: Hvis mellemrummet mellem understøtninger på ophængte dele (såsom en 5 mm udkrager) er mere end 3 mm, kan emnet falde under udskrivning, hvilket forårsager størrelsesvariationer.
Stejl støttevinkel: Hvis vinklen mellem støtten og delen er mindre end 45 grader, kan aftagning af støtten let "trække" og ændre delens form, især hvis den er tynd-vægget (tykkelse<2mm).
Ikke stærk nok i bunden af ​​støtten: Hvis bunden af ​​støtten ikke er 50 % større i diameter end toppen, kan delene let vippe på grund af ujævn spænding.
Ny måde at løse problemet på:
Brug af topologioptimeringsmetoder til at lave lette støttestrukturer, der er stærke, men kræver mindre materiale; kræver sofistikerede værktøjer som ultralydsskæreknive for at tage understøtninger af og undgå forvrængning fra hammerslag. Ved at forbedre støttedesignet var en producent af forme til biler i stand til at øge dimensionstolerancen for tynde-væggede dele fra ± 0,2 mm til ± 0,08 mm.

5. Miljøkontrol: De usete virkninger af temperatur og fugtighed
Folk tænker typisk ikke over, hvordan miljøforhold påvirker dimensionsstabiliteten af ​​metal 3D-print:

Ændringer i temperatur: Ændringer i værkstedets temperatur på mere end 5 grader (for eksempel 25 grader om dagen og 18 grader om natten) kan få udstyr til at udvide sig og trække sig sammen, hvilket kan forårsage størrelsesdrift. Du skal installere aircondition, der holder temperaturen på 22 ± 2 grader.
Pulverfugtabsorption: Hvis metalpulveret har mere end 0,1 % fugt, vil udskrivning skabe porer, som vil gøre dimensionerne ustabile. Kom det agglomererede pulver i en 80 mesh sigte og tør det i en 80 grader varm ovn i 2 timer.