Μπορούν τα μεταλλικά καλούπια τρισδιάστατης εκτύπωσης να επιτύχουν συνοχή κατά παρτίδες;

一, Το κύριο πρόβλημα με τη συνέπεια της παρτίδας είναι η "ασυνέχεια" μεταξύ του εργαστηρίου και του συνεργείου.
Η θεμελιώδης αρχή της διαδικασίας τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων είναι η "στρώση προς στρώμα τήξη και στοίβαξη", η οποία περιλαμβάνει διάφορες πολυδιάστατες πτυχές, συμπεριλαμβανομένης της ρύθμισης ενέργειας λέιζερ, της ομοιομορφίας κατανομής σκόνης και του ελέγχου της κλίσης θερμοκρασίας. Σε εργαστηριακό περιβάλλον, είναι εύκολο να εκτυπώσετε μεμονωμένα καλούπια- υψηλής ποιότητας χρησιμοποιώντας τεχνολογία ακριβείας και περιορισμένους χώρους. Ωστόσο, όταν πρόκειται για μαζική παραγωγή, τα ακόλουθα ζητήματα γίνονται σημαντικές μεταβλητές που περιορίζουν τη συνέπεια:
Διακυμάνσεις υλικού: Διαφορές στις παρτίδες μεταλλικών σκόνης, όπως η κατανομή μεγέθους των σωματιδίων, η ποσότητα οξυγόνου και η ποσότητα ακαθαρσιών, έχουν άμεσο αντίκτυπο στο πόσο καλά ρέει και στερεοποιείται το μέταλλο κατά τη διαδικασία τήξης. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε διαφορές μεγέθους ή απόδοσης στο ίδιο μοντέλο σχεδίασης όταν εκτυπώνεται σε διαφορετικές παρτίδες. Για παράδειγμα, εάν το επίπεδο οξυγόνου στη σκόνη κράματος τιτανίου αυξηθεί κατά 0,01%, η ικανότητά του να αντιστέκεται στην κόπωση μπορεί να μειωθεί κατά 5% έως 10%.
Μικρό παράθυρο διεργασίας: Αλλαγές στην ισχύ λέιζερ, την ταχύτητα σάρωσης και το πάχος του στρώματος μόλις μερικών τοις εκατό (όπως αλλαγές ισχύος ± 1%) μπορεί να προκαλέσουν ρωγμές, πορώδες ή παραμόρφωση. Για παράδειγμα, το πάχος του τοιχώματος των εσωτερικών καναλιών ψύξης των πτερυγίων του στροβίλου του κινητήρα του αεροσκάφους πρέπει να διατηρείται μεταξύ 0,3 και 0,5 mm. Εάν αλλάξει κάποια από αυτές τις παραμέτρους, τα κανάλια θα μπορούσαν να αποκλειστούν ή η δομή θα μπορούσε να αποτύχει.
Σταθερότητα εξοπλισμού: Καθώς οι χρόνοι εκτύπωσης μεγαλώνουν, τα προβλήματα με τη γήρανση του εξοπλισμού, συμπεριλαμβανομένης της απώλειας ενέργειας λέιζερ, της μετατόπισης της ακρίβειας σάρωσης καθρέφτη και των αλλαγών θερμοκρασίας της κοιλότητας του καλουπιού θα αυξάνουν σιγά σιγά περισσότερα λάθη. Μια ομάδα διεθνών προτύπων έκανε μια δοκιμή που έδειξε ότι η ακρίβεια διαστάσεων των τυπωμένων υλικών θα μπορούσε να μειωθεί από ± 20 μ m σε ± 50 μ m μετά από μια μεμονωμένη συσκευή σε λειτουργία για 500 ώρες συνεχόμενα.
Αβεβαιότητα μετά την επεξεργασία: Τα καλούπια χρειάζονται συχνά αμμοβολή και στίλβωση αφού κατασκευαστούν προκειμένου να πληρούν τα πρότυπα τραχύτητας της επιφάνειας όπως το Ra Μικρότερο ή ίσο με 0,8 μm. Αυτή η μέθοδος θα μπορούσε να προκαλέσει νέα λάθη διαστάσεων, ειδικά σε μικροδομές όπως κανάλια διακλάδωσης σύμμορφων υδάτινων οδών, τα οποία η τυπική μηχανική δεν μπορεί πάντα να διασφαλίσει ότι είναι τα ίδια.
2, Τεχνολογική ανακάλυψη: δημιουργία ενός μηχανισμού για πλήρη έλεγχο της αλυσίδας που εγγυάται τη συνέπεια
Η βιομηχανία έχει χτίσει σιγά σιγά ένα τεχνολογικό εμπόδιο για τη συνέπεια της παρτίδας, δουλεύοντας μαζί σε τέσσερις διαστάσεις σε «υλισμικό, λογισμικό, διεργασίες και υλικά». Χρησιμοποιώντας κορυφαίες εταιρείες όπως η Yunyao Shenwei ως παραδείγματα, οι λύσεις τους μπορούν να ομαδοποιηθούν σε τρεις κύριες κατηγορίες:
1. Σταθερότητα υλικού: Διόρθωση προβλημάτων στην πηγή
Σύστημα απλώματος σκόνης υψηλής-ακρίβειας: χρησιμοποιεί ένα σχέδιο αλλαγής σκόνης χωρίς-επαφή και ενσωματωμένο σχέδιο αλλαγής κυλίνδρων για να εμποδίζει την ανάμειξη των σκονών. Η καθαρότητα της σκόνης έχει αυξηθεί σε περισσότερο από 99,9% χάρη στις τεχνολογίες ελέγχου κραδασμών και αφαίρεσης ακαθαρσιών από μαγνητικό πεδίο. Για παράδειγμα, οι μηχανές του Yunyao Shenwei μπορούν να ελέγχουν με συνέπεια το πάχος κάθε στρώσης εντός 2–10 μm, διασφαλίζοντας ότι η σκόνη απλώνεται ομοιόμορφα σε κάθε στρώμα εντός ±5 μm.
Έλεγχος κλειστού-βρόχου ενέργειας λέιζερ: Με τη χρήση-παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο της ισχύος λέιζερ, του σχήματος του σημείου και της κατανομής ενέργειας, μαζί με αλγόριθμους δυναμικής αντιστάθμισης, οι αλλαγές ενέργειας διατηρούνται εντός ± 0,5%. Μια συγκεκριμένη εταιρεία παρήγαγε ένα δέκα{4}}σύστημα σύγχρονης σάρωσης λέιζερ που όχι μόνο κάνει την εκτύπωση πέντε φορές πιο γρήγορη από τον τυπικό εξοπλισμό, αλλά μειώνει επίσης την τραχύτητα της επιφάνειας σε Ra Λιγότερο ή ίσο με 1,6 μ m βελτιστοποιώντας την επικάλυψη σημείων.
Σύστημα περιβαλλοντικού ελέγχου: Διαθέτει μονάδα ελέγχου θερμοκρασίας πολλών-ζωνών και σύστημα κυκλοφορίας αδρανούς αερίου στην κοιλότητα καλουπώματος. Διατηρεί τη διαβάθμιση θερμοκρασίας εντός ± 2 μοιρών και τη συγκέντρωση οξυγόνου κάτω από 50 ppm, γεγονός που σταματά την παραμόρφωση παραμόρφωσης που προκαλείται από τη θερμική καταπόνηση.
2. Βελτιστοποίηση διαδικασίας: από την εμπειρία-με βάση τα δεδομένα-
Βιβλιοθήκη παραμέτρων και προσομοίωση διαδικασίας: Δημιουργήστε μια βιβλιοθήκη παραμέτρων διεργασίας που περιλαμβάνει κοινά υλικά όπως κράμα τιτανίου και χάλυβα καλουπιού. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε την ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων (FEA) για να προσομοιώσετε πώς θα συμπεριφέρεται η λιωμένη δεξαμενή με την πάροδο του χρόνου, να προβλέψετε πώς θα παραμορφωθεί και να βελτιώσετε τις δομές στήριξης. Για παράδειγμα, μια εταιρεία χρησιμοποίησε προσομοίωση για να μειώσει την παραμόρφωση εκτύπωσης στα ακροφύσια καυσίμου των κινητήρων αεροσκαφών από 0,8 mm σε 0,2 mm.
Ηλεκτρονική παρακολούθηση και ανατροφοδότηση σε κλειστό βρόχο: Χρησιμοποιήστε κάμερες- υψηλής ταχύτητας και θερμόμετρα υπερύθρων κατά τη διαδικασία εκτύπωσης για να λάβετε σημαντικές πληροφορίες, όπως το σχήμα της λιωμένης λίμνης και την κατανομή του πεδίου θερμοκρασίας σε πραγματικό χρόνο. Χρησιμοποιήστε αλγόριθμους μηχανικής εκμάθησης για να αλλάξετε τις διαδρομές σάρωσης και τις ρυθμίσεις ισχύος εν κινήσει. Η βιβλιοθήκη έξυπνων διαδικασιών του Yunyao Shenwei έχει συνδυάσει περισσότερα από 100.000 σύνολα χαρακτηριστικών υλικού. Με ένα μόνο κλικ, μπορεί να βρει την καλύτερη λύση εκτύπωσης, βελτιώνοντας τη συνοχή του μεγέθους εντός ± 10 μm.
Εκτύπωση με περισσότερους από έναν τύπους υλικού: Για να καλύψετε τις λειτουργικές ανάγκες διαφορετικών τμημάτων του καλουπιού, όπως η αντοχή στη φθορά και η θερμική αγωγιμότητα, πρέπει να βελτιώσετε την τεχνολογία εκτύπωσης ντεγκραντέ υλικού. Για παράδειγμα, ένα στρώμα κράματος χαλκού με εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα τοποθετείται στην επιφάνεια ενός ομοιόμορφου καναλιού, ενώ η κύρια δομή είναι κατασκευασμένη από κράμα τιτανίου υψηλής{1} αντοχής. Αυτό γίνεται με τη χρήση τεχνολογίας διαχείρισης διεπαφής υλικού για τη δημιουργία ενός απρόσκοπτου δεσμού.
3. Ποιοτική ιχνηλασιμότητα: από τον έλεγχο ενός στοιχείου έως τον έλεγχο της όλης διαδικασίας
Digital Twin: Δημιουργήστε εικονικά μοντέλα για κάθε συσκευή, παρακολουθήστε την κατάσταση λειτουργίας και τις ρυθμίσεις εκτύπωσης του πραγματικού εξοπλισμού σε πραγματικό χρόνο και χρησιμοποιήστε την τεχνολογία twin data για να προειδοποιήσετε για πιθανά προβλήματα προτού συμβούν. Αυτή η τεχνολογία βοήθησε μια επιχείρηση να μειώσει το χρόνο διακοπής λειτουργίας του εξοπλισμού κατά 40% και να αυξήσει την απόδοση εκτύπωσης στο 98,5%.
Ένα πλήρες σύστημα ιχνηλασιμότητας ποιότητας διεργασίας που περιλαμβάνει τη διαχείριση παρτίδων σκόνης, την παρακολούθηση της διαδικασίας εκτύπωσης και τη δοκιμή του ολοκληρωμένου προϊόντος, τα οποία αποτελούν μια αλυσίδα δεδομένων κλειστού-βρόχου. Κάθε καλούπι, για παράδειγμα, έχει τη δική του ψηφιακή ετικέτα που μπορεί να σαρωθεί για να βρεθεί ο εξοπλισμός εκτύπωσης, οι ρυθμίσεις παραμέτρων, η παρτίδα σκόνης και η αναφορά δοκιμών. Αυτό διευκολύνει την εύρεση ελαττωμάτων και την ευθύνη των ανθρώπων.
Πρότυπα για τυποποιημένες δοκιμές: Βοηθήστε στη δημιουργία διεθνών προτύπων για πράγματα όπως μηχανικές ιδιότητες (όπως αντοχή σε εφελκυσμό και διάρκεια κόπωσης), ακρίβεια διαστάσεων (όπως σάρωση CT τριών{0}}διαστάσεων ανάλυσης απόκλισης), ποιότητα επιφάνειας (όπως μέτρηση συμβολόμετρου λευκού φωτός) και άλλα. Αυτό θα βοηθήσει τη βιομηχανία να αναπτυχθεί με τυποποιημένο τρόπο.
3, Πρακτική βιομηχανοποίησης: Εφαρμογή μεγάλης κλίμακας από την αεροπορία στην υγειονομική περίθαλψη
Πρέπει να δοκιμάσουμε την πραγματική αξία των τεχνολογικών προόδων χρησιμοποιώντας τη στη βιομηχανία. Αυτήν τη στιγμή, τα μεταλλικά καλούπια τρισδιάστατης εκτύπωσης μπορούν να παράγουν παρτίδες προϊόντων που είναι συνεπή σε πολλά πεδία υψηλών-τελών:
Αεροδιαστημική: Το COMAC C929 χρησιμοποιεί τεχνολογία SLM για την εκτύπωση στηρίξεων φτερών από κράμα τιτανίου. Επιτυγχάνει απόκλιση μεγέθους Λιγότερο ή ίσο με ± 15 μ m σε παρτίδα παραγωγής 200 τεμαχίων με πολλαπλή-συνεργασία λέιζερ και έλεγχο κλειστού-βρόχου. Περνάει επίσης το τεστ κόπωσης και μειώνει το βάρος κατά 15%. Η τοπολογία του αναγεννητικού καναλιού ψύξης έχει βελτιώσει τον θάλαμο ώθησης πυραύλων SpaceX, μειώνοντας τον κύκλο εκτύπωσης από τους συνηθισμένους 6 μήνες σε 3 εβδομάδες και επιτρέποντας 500 δοκιμές κύκλου θερμότητας χωρίς αποτυχία.
Ιατρικό καλούπι: 3D-εκτυπωμένο καλούπι για συσκευή τήξης από πορώδες κράμα τιτανίου που συντομεύει τον κύκλο έγχυσης από 120 δευτερόλεπτα σε 45 δευτερόλεπτα και αυξάνει το ποσοστό πιστοποίησης του προϊόντος από 85% σε 99%. Το προσαρμοσμένο καλούπι οδοντικής κορώνας από κράμα κοβαλτίου χρωμίου μπορεί να προσαρμοστεί σε μόλις 2 εβδομάδες έως 3 ημέρες και όταν κατασκευάζονται 5000 τεμάχια ταυτόχρονα, το μέγεθος είναι πάντα εντός ± 20 μ m.
Καλούπι αυτοκινήτου: Μια νέα εταιρεία ενεργειακών οχημάτων χρησιμοποίησε τρισδιάστατη εκτύπωση για να κατασκευάσει καλούπια κουτιών μπαταριών, τα οποία μείωσαν τη διαδικασία συγκόλλησης από 12 σε 3 και έκαναν το σώμα 20% πιο άκαμπτο. Δημιούργησε μια γραμμή παραγωγής τρισδιάστατης εκτύπωσης που μπορεί να κάνει 50.000 κομμάτια το χρόνο. Το κόστος ανά είδος είναι 35% χαμηλότερο σε σχέση με τις παραδοσιακές μεθόδους.