Πόσο μικρά μπορούν να φτάσουν τα εσωτερικά κανάλια σε μια μεταλλική 3D τυπωμένη πολλαπλή εισαγωγής;

Οι μηχανικοί φτάνουν συχνά με ένα χυτό ή συγκολλημένο σχέδιο πολλαπλής εισαγωγής και την ίδια ερώτηση: μπορούμε να κάνουμε τους δρομείς πιο σφιχτούς, ομαλούς και ελαφρύτερους χωρίς τους συνηθισμένους πονοκεφάλους της κατασκευής; Οι παραδοσιακές διαδικασίες πλήττουν σκληρά όρια όταν η γεωμετρία γίνει πολύπλοκη. Οι πυρήνες σπάνε, τα εργαλεία δεν μπορούν να φτάσουν και πολλά κομμάτια δημιουργούν επιπλέον διαδρομές διαρροής. Η κατασκευή πρόσθετων μετάλλων αλλάζει αυτή την εξίσωση, αλλά το πρακτικό όριο δεν είναι αυτό που μπορεί να επιλύσει το λέιζερ. Είναι αυτό που μπορείτε πραγματικά να καθαρίσετε από τη σκόνη και να εμπιστευτείτε υπό πραγματικές συνθήκες κινητήρα.

Αυτό το άρθρο εστιάζει σε αυτό το όριο. Εξετάζουμε τα ρεαλιστικά ελάχιστα μεγέθη καναλιών για τις πολλαπλές εισαγωγής παραγωγής, τις σχεδιαστικές επιλογές που κάνουν τα μικρά κανάλια λειτουργικά, την απόδοση υλικού υπό θερμότητα και πίεση και τον τρόπο αξιολόγησης ενός κατασκευαστή μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης για αυτόν τον τύπο εργασίας.

Γιατί οι πολλαπλές εισαγωγής ταιριάζουν στην τρισδιάστατη εκτύπωση μετάλλων

Οι χυτές πολλαπλές επιβάλλουν συμβιβασμούς στο σχήμα του δρομέα και στο πάχος του τοιχώματος. Οι συγκολλημένες εκδόσεις προσθέτουν αρθρώσεις και βάρος. Και οι δύο προσεγγίσεις αγωνίζονται με ενσωματωμένα χαρακτηριστικά και σταθερές εσωτερικές επιφάνειες.

Η σύντηξη κρεβατιού με σκόνη λέιζερ δημιουργεί ολόκληρη την πολλαπλή ως ένα κομμάτι. Οι δρομείς μπορούν να ακολουθήσουν συνεχείς, βελτιστοποιημένες διαδρομές. Οι προεξοχές αισθητήρων, τα σημεία στερέωσης και οι φλάντζες γίνονται μέρος του ίδιου σώματος. Η εξοικονόμηση βάρους της τάξης του 20-40% είναι συνηθισμένη όταν οι τοίχοι αραιώνονται έξυπνα και αφαιρείται η περίσσεια υλικού μέσω βελτιστοποίησης τοπολογίας. Η ροή αέρα βελτιώνεται επειδή οι εσωτερικές επιφάνειες αποφεύγουν τις απότομες μεταβάσεις που είναι χαρακτηριστικές των εκτυπώσεων πυρήνα ή των ραφών συγκόλλησης. Ο αριθμός εξαρτημάτων μειώνεται, γεγονός που μειώνει τη στοίβα ανοχής-και τα πιθανά σημεία διαρροής.

Αυτά τα κέρδη έχουν μεγαλύτερη σημασία σε εφαρμογές υψηλής-απόδοσης, μηχανοκίνητου αθλητισμού και χαμηλού-όγκου όπου η συσκευασία είναι σφιχτή και κάθε γραμμάριο μετράει.

Τα σύγχρονα συστήματα μπορούν να επιλύσουν χαρακτηριστικά μέχρι περίπου 0,3–0,5 mm σε εξωτερικούς τοίχους ή απλές κάθετες οπές. Τα εσωτερικά κανάλια είναι διαφορετικά. Ο πραγματικός περιορισμός είναι η αφαίρεση της πούδρας και η μακροπρόθεσμη{4}}αξιοπιστία, όχι το μέγεθος κηλίδων με λέιζερ.

Οι περισσότεροι κατασκευαστές και οι δημοσιευμένες οδηγίες αντιμετωπίζουν τα 0,5–0,8 mm ως το κατώτερο πρακτικό όριο για μικρά-κανάλια καλά προσανατολισμένα. Για δρομείς εισαγωγής παραγωγής που στρίβουν και περιστρέφονται μέσα από το εξάρτημα, το 1,0–1,5 mm είναι ένα ασφαλέστερο σημείο εκκίνησης. Κανάλια κάτω από περίπου 0,75 mm παγιδεύουν συχνά σκόνη, ειδικά όταν η αναλογία διαστάσεων είναι υψηλή ή η διαδρομή περιλαμβάνει οριζόντια τμήματα. Μελέτες έχουν δείξει λειτουργικά μικροκανάλια τόσο μικρά όσο 400–600 μm μετά από επιθετικό καθαρισμό ή χημική χάραξη, αλλά αυτά τα αποτελέσματα εξακολουθούν να αποτελούν εξαίρεση και όχι τυπική πρακτική παραγωγής για εξαρτήματα κινητήρα.

Δυνατότητα εκτυπωτή έναντι πραγματικότητας καθαρισμού

Τα κάθετα κανάλια καθαρίζουν πιο εύκολα από τα οριζόντια. Οι μακρύι, καμπύλοι δρομείς χρειάζονται σκόπιμα μονοπάτια διαφυγής. Χωρίς αυτά, ακόμη και ένα καλά εκτυπωμένο κανάλι 0,6 mm μπορεί να παραμείνει μερικώς αποκλεισμένο. Η υπολειμματική σκόνη δημιουργεί περιορισμό ροής και κίνδυνο εισόδου σωματιδίων στον κινητήρα. Ο πεπιεσμένος αέρας, οι κραδασμοί, ο καθαρισμός με υπερήχους και οι περιστασιακές χημικές μέθοδοι βοηθούν, αλλά η γεωμετρία εξακολουθεί να κρίνει την επιτυχία. Πρώτο-άρθρο Η σάρωση CT ή η δοκιμή ροής παραμένει ο μόνος αξιόπιστος τρόπος για να επιβεβαιώσετε ότι τα κανάλια είναι πραγματικά ανοιχτά.

Το σχήμα καναλιού κάνει τη διαφορά

Τα στρογγυλά κανάλια μεγαλύτερα από 3–8 mm χρειάζονται συχνά εσωτερικά στηρίγματα που είναι σχεδόν αδύνατο να αφαιρεθούν από δρομείς μεγάλου μήκους. Τα αυτο-υποστηριζόμενα προφίλ λύνουν το μεγαλύτερο μέρος του προβλήματος:

Τμήματα δακρύων (σταγόνα-νερού).

Διαμάντια ή επιμήκεις ελλειπτικά σχήματα

Τριγωνικές ή λοξότμητες μορφές με γωνίες 45 μοιρών ή πιο απότομες από οριζόντια

Αυτά τα σχήματα μειώνουν ή εξαλείφουν τα εσωτερικά στηρίγματα ενώ διατηρούν αποδεκτή την υδραυλική απόδοση. Καθώς-οι δομημένες εσωτερικές επιφάνειες παρουσιάζουν συνήθως τραχύτητα στην περιοχή 5–20 μm Ra, υψηλότερη στις περιοχές που βλέπουν προς τα κάτω-. Η κατεργασία λειαντικής ροής ή η ηλεκτροχημική στίλβωση μπορούν να εξομαλύνουν κρίσιμα τμήματα εάν πρέπει να ελαχιστοποιηθεί η πτώση πίεσης.

Πρακτικοί κανόνες σχεδιασμού που λειτουργούν πραγματικά στην παραγωγή:

Σχεδιάστε δρομείς παραγωγής με ελάχιστη διάμετρο 1,0 mm ή μεγαλύτερη, εκτός εάν έχετε επικυρωμένες διαδικασίες καθαρισμού και μικρά μήκη καναλιών.

Χρησιμοποιήστε αυτο-υποστηριζόμενες διατομές-όπου το κανάλι δεν είναι κατακόρυφο.

Προσανατολίστε την κατασκευή έτσι ώστε τα κύρια κανάλια να έχουν κλίση προς τα πάνω ή να έχουν σαφείς διαδρομές εξόδου για πούδρα.

Σχεδιάστε χαρακτηριστικά διαφυγής που μπορούν αργότερα να σφραγιστούν ή να κλείσουν μηχανικά.

Επαληθεύστε την αφαίρεση της σκόνης με αξονική τομογραφία ή δοκιμή ροής πριν απελευθερώσετε το σχέδιο για παραγωγή.

Το AlSi10Mg παραμένει το πιο κοινό κράμα για τρισδιάστατες εκτυπωμένες πολλαπλές εισαγωγής. Η πυκνότητα είναι περίπου 2,67 g/cm³. Η αντοχή σε εφελκυσμό μετά την ανακούφιση του στρες ή τη θερμική επεξεργασία κυμαίνεται τυπικά από 280 έως 460 MPa. Το κράμα διαχειρίζεται καλά τις μέτριες θερμοκρασίες, αλλά χάνει αισθητά αντοχή πάνω από 150–200 μοίρες συνεχούς έκθεσης. Αυτό το καθιστά κατάλληλο για εφαρμογές με φυσική αναρρόφηση και μέτρια ενισχυμένη εφαρμογή όταν εξετάζεται η θερμική διαχείριση. Οι ανοξείδωτοι χάλυβες ή τα κράματα νικελίου γίνονται επιλογές όταν οι θερμοκρασίες ανεβαίνουν υψηλότερα, με κόστος πρόσθετου βάρους.

Τα σωστά επεξεργασμένα εξαρτήματα φθάνουν σε πυκνότητες άνω του 99,5 %. Τα πάχη τοιχώματος 0,8–1,2 mm για τμήματα που φέρουν φορτίο-, σε συνδυασμό με την ανακούφιση από την καταπόνηση, έχουν αποδειχθεί επαρκή για τυπικές πιέσεις εισαγωγής και θερμικό κύκλωμα σε δοκιμές dyno και σε- κινητήρα. Και τα δύο συστήματα DMLS και SLM μπορούν να προσφέρουν αυτά τα αποτελέσματα όταν ο κατασκευαστής εκτελεί επικυρωμένες παραμέτρους για το κράμα. Η πρακτική διαφορά συχνά έγκειται περισσότερο στην ικανότητα της μηχανής, το βάθος επεξεργασίας μετά{8}}και τον έλεγχο της διαδικασίας παρά στις ιστορικές ετικέτες των τεχνολογιών.

Ένας πελάτης απόδοσης χρειαζόταν μια αντικατάσταση μεμονωμένου-τεμαχίου για μια πολλαπλή χύτευση πολλαπλών-τεμαχίων-και-συγκολλημένη. Οι στόχοι περιελάμβαναν μείωση βάρους τουλάχιστον 25%, συνεχή γεωμετρία δρομέα χωρίς απότομες μεταβάσεις και συμβατότητα με την υπάρχουσα συσκευασία υπό μέτρια ώθηση.

Οι κύριοι κίνδυνοι ήταν η παγίδευση σκόνης στους σύνθετους δρομείς και η διατήρηση της δομικής ακεραιότητας μετά τη θερμική ανακύκλωση. Η σχεδίαση μετέτρεψε κρίσιμα κυκλικά τμήματα σε προφίλ σταγόνας, βελτιστοποίησε τον προσανατολισμό για μονοπάτια-και πρόσθεσε προσωρινές θύρες διαφυγής που αργότερα έκλεισαν. Τα εξαρτήματα κατασκευάστηκαν σε AlSi10Mg σε ένα σύστημα πολλαπλών-λέιζερ,-ανακουφισμένο από την πίεση, CNC-με μηχανική κατεργασία σε επιφάνειες στεγανοποίησης και θύρες, και στη συνέχεια ολοκληρώθηκαν με λειαντική ροή στους δρομείς. Η επιθεώρηση CT επιβεβαίωσε καθαρά κανάλια. Η τελική πολλαπλή απέφερε μετρημένη μείωση βάρους 28 % και βελτιωμένα στοιχεία ροής αέρα. Πέρασε τη δοκιμή πίεσης και την επικύρωση dyno χωρίς διαρροές ή δομικά προβλήματα. Από τον εγκεκριμένο σχεδιασμό έως τις πρώτες λειτουργικές μονάδες χρειάστηκαν λιγότερο από τρεις εβδομάδες.

Αυτή η ακολουθία-προσαρμογή γεωμετρίας για δυνατότητα καθαρισμού, ελεγχόμενη επεξεργασία ανάρτησης-και επαλήθευση-είναι το μοτίβο που λειτουργεί με συνέπεια.

Ίδια τεχνολογία, διαφορετικές βιομηχανίες

Ο πανομοιότυπος συνδυασμός σύντηξης κρεβατιού με σκόνη λέιζερ και φινιρίσματος CNC ακριβείας που χρησιμοποιείται για πολλαπλές εισαγωγής εμφανίζεται και στην ιατρική εργασία. Τα 3D εκτυπωμένα ιατρικά εμφυτεύματα από κράματα τιτανίου βασίζονται στην ικανότητα δημιουργίας ελεγχόμενων πορωδών επιφανειών για ενσωμάτωση των οστών, ενώ διατηρούν σφιχτές εξωτερικές ανοχές. Τα επεξεργασμένα ιατρικά προϊόντα ακριβείας με CNC συχνά ξεκινούν με σχεδόν-σχήματα πρόσθετων διχτυών και τελειώνουν με την ίδια στρατηγική υβριδικής μηχανικής κατεργασίας που εφαρμόζεται στις επιφάνειες στεγανοποίησης πολλαπλών και στα χαρακτηριστικά στερέωσης. Γνώση επεξεργασίας σχετικά με τη διαχείριση της σκόνης, την υπολειπόμενη καταπόνηση και τις μεταφορές κατεργασίας μετά την κατεργασία.

Δεν χειρίζεται όλα τα μεταλλικά εργοστάσια τρισδιάστατων εκτυπώσεων εξίσου καλά εσωτερικά κανάλια. Εστιάστε σε αυτά τα σημεία:

Αποδεδειγμένη ικανότητα παραγωγής και εκκαθάρισης πολύπλοκων εσωτερικών καναλιών, όχι μόνο απλής εξωτερικής γεωμετρίας.

Επικυρωμένα σύνολα παραμέτρων και πιστοποίηση υλικού για το AlSi10Mg ή το κράμα της επιλογής σας.

Επεξεργασία-στο σπίτι ή αυστηρά ελεγχόμενη μετά-επεξεργασία: ανακούφιση από την πίεση, θερμική επεξεργασία, κατεργασία CNC και φινίρισμα εσωτερικής επιφάνειας.

Μέθοδοι επιθεώρησης που μπορούν πραγματικά να επαληθεύσουν την καθαρότητα του καναλιού (CT, δοκιμή ροής ή ισοδύναμο).

Απολαύστε τη μετάβαση από πρωτότυπο σε μικρούς- όγκους παρτίδας ή χονδρικής χωρίς μετατόπιση ποιότητας.

Προθυμία παροχής συγκεκριμένων σχολίων DFM σχετικά με το μέγεθος, τον προσανατολισμό και τη γεωμετρία{0}}του καναλιού αντί για μια γενική προσφορά.

Ένας κατασκευαστής που μπορεί να συζητήσει τη στρατηγική αφαίρεσης πούδρας-και το υβριδικό φινίρισμα με πρακτικούς όρους είναι πιο πιθανό να προσφέρει αξιόπιστα προσαρμοσμένα μεταλλικά 3D εκτυπωμένα εξαρτήματα.

Εάν διαθέτετε σχέδιο πολλαπλής ή παρόμοιο σύνθετο μεταλλικό εξάρτημα, στείλτε το αρχείο STEP για δωρεάν σχεδιασμό-για-έλεγχο κατασκευής. Η αναθεώρηση θα επισημαίνει τους κινδύνους καθαριότητας του καναλιού, θα προτείνει προσαρμογές προσανατολισμού και αυτο{3}}υποστηρίξεως και παρέχει ένα ρεαλιστικό χρονοδιάγραμμα και κόστος τόσο για τις ποσότητες πρωτοτύπου όσο και για την παραγωγή. Η σαφής ανατροφοδότηση σχετικά με την κατασκευαστικότητα είναι ο πιο γρήγορος τρόπος για να μεταβείτε από το πρωτότυπο στα λειτουργικά μεταλλικά μέρη.