Ποιες είναι οι συνήθεις δυσκολίες στην μετά την-επεξεργασία της τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων;

1. Έλεγχος τραχύτητας επιφάνειας: μετάβαση από το "κενό" στο "τελικό προϊόν"
Επειδή η μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση δημιουργεί τα πράγματα σε στρώματα, η επιφάνεια έχει μια κλιμακωτή υφή με τραχύτητα (τιμή Ra) που είναι συνήθως μεταξύ 6 και 12 μm. Αυτό είναι ουσιαστικά πιο τραχύ από την παραδοσιακή μηχανική κατεργασία, η οποία έχει τιμή τραχύτητας από 0,8 έως 1,6 μm. Για παράδειγμα, η τραχύτητα του εσωτερικού τοιχώματος του καναλιού ψύξης για τα πτερύγια του κινητήρα του αεροσκάφους πρέπει να διατηρείται κάτω από 3 μ m, διαφορετικά θα μειώσει σημαντικά την αποτελεσματικότητα της μεταφοράς θερμότητας.
Προβλήματα με την τεχνολογία:
Υπολειμματική δομή στήριξης: Η δομή στήριξης που εφαρμόζεται κατά τη διάρκεια της εκτύπωσης για να μην αλλάξει το σχήμα των πραγμάτων μπορεί να αφήσει κοιλώματα ή χτυπήματα στην επιφάνεια μετά την αφαίρεσή της.
Προσκόλληση σε σκόνη: Όταν τα σωματίδια σκόνης δεν λιώνουν εντελώς, κολλάνε στην επιφάνεια, κάτι που ονομάζεται «σφαιροειδοποίηση».
Ίχνη συγκόλλησης ενδιάμεσων στρωμάτων: Μπορούν να σχηματιστούν μικρά εξογκώματα στα σημεία που διασταυρώνονται οι διαδρομές σάρωσης με λέιζερ.
Απάντηση:
Χημική στίλβωση: Η χρήση όξινων ή αλκαλικών διαλυμάτων για την επιλεκτική διάλυση του επιφανειακού στρώματος μπορεί να το κάνει πιο λείο από 1 μm, αλλά πρέπει να προσέχετε πόσο καιρό το αφήνετε στο διάλυμα για να αποφύγετε την υπερβολική διάβρωση.
Επεξεργασία αμμοβολής: Μια ομοιόμορφη ματ επιφάνεια δημιουργείται χτυπώντας την επιφάνεια με-με υψηλή ταχύτητα ροής άμμου. Αυτό είναι καλό για περίπλοκα σχέδια εσωτερικής κοιλότητας, αλλά μπορεί επίσης να δημιουργήσει νέα επιφανειακά σφάλματα.
Ηλεκτρολυτική στίλβωση: Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί ηλεκτροχημικές αρχές για την ισοπέδωση της επιφάνειας σε μικροσκοπικό επίπεδο. Μπορεί να προσφέρει ένα εφέ καθρέφτη (Ra<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. Διόρθωση εσωτερικών ελαττωμάτων: το κλειδί για να κάνετε τα πράγματα πιο πυκνά και καλύτερα.
Το εσωτερικό των μεταλλικών εξαρτημάτων τρισδιάστατης εκτύπωσης έχει συνήθως πορώδες από 0,1% έως 5%. Αυτά τα μικροσκοπικά ελαττώματα μπορούν να προκαλέσουν σχηματισμό ρωγμών, γεγονός που μειώνει σημαντικά τη διάρκεια κόπωσης των εξαρτημάτων. Για παράδειγμα, τα εμφυτεύματα από κράμα τιτανίου με πορώδες μεγαλύτερο από 0,5% ενδέχεται να μην ενσωματωθούν στο οστό.
Προβλήματα με την τεχνολογία:
Πόροι: Εάν η ένταση του λέιζερ είναι πολύ χαμηλή ή η σκόνη έχει πολύ οξυγόνο, η λιωμένη λίμνη μπορεί να σπάσει.
Ανεπαρκής σύντηξη: ασθενής συγκόλληση μεταξύ των στρωμάτων, που οδηγεί σε μικροστρωματοποίηση.
Ρωγμή: Μια ζεστή ή κρύα ρωγμή που συμβαίνει όταν συσσωρεύεται υπολειπόμενη τάση.
Απάντηση:
Θερμή ισοστατική συμπίεση (HIP): Το υλικό υφίσταται μεγάλη πίεση (100–200 MPa) και θερμότητα (900–1200 μοίρες). Αυτό το κάνει να αλλάζει σχήμα, να κλείνει τους εσωτερικούς πόρους και να αυξάνει την πυκνότητά του πάνω από 99,9%. Για παράδειγμα, η θεραπεία HIP έχει τριπλασιάσει τη διάρκεια κόπωσης των μπεκ ψεκασμού καυσίμου σε κινητήρες LEAP που κατασκευάζονται από την GE Aviation.
Τοπική διείσδυση: Η μέθοδος εμποτισμού υπό κενό γεμίζει σημαντικές περιοχές από σύνθετα υλικά-με βάση το μέταλλο, καθιστώντας την κατάλληλη για τη στερέωση δομών με λεπτά τοιχώματα.
Επανατήξη με λέιζερ: Η εκτέλεση μιας δεύτερης σάρωσης σε περιοχές με επιφανειακά ή εσωτερικά ελαττώματα μπορεί να βοηθήσει στη βελτίωση του κόκκου, αλλά θα μπορούσε επίσης να προσθέσει νέες θερμικές καταπονήσεις.
3. Διαχείριση Υπολειμματικής Τάσης: Μηχανική Συστημάτων για τον Έλεγχο της Παραμόρφωσης
Όταν το μέταλλο εκτυπώνεται 3D, η θερμική καταπόνηση από τη γρήγορη θέρμανση και ψύξη μπορεί να πλησιάσει το 50% έως το 80% της αντοχής διαρροής του υλικού. Αυτό μπορεί να προκαλέσει παραμόρφωση, σπάσιμο ή αλλαγή σχήματος εξαρτημάτων. Η υπολειπόμενη τάση μπορεί να προκαλέσει παραμόρφωση αρκετών χιλιοστών σε μεγάλες κατασκευές πλαισίων, η οποία είναι σημαντικά πάνω από το αποδεκτό.
Προβλήματα με την τεχνολογία:
Ανομοιόμορφη κατανομή τάσεων: Πολύπλοκα γεωμετρικά σχήματα προκαλούν μεγάλες αλλαγές στις κλίσεις θερμοκρασίας.
Φαινόμενο περιορισμού υποστρώματος: Η πίεση συσσωρεύεται στο σημείο όπου το εξάρτημα συναντά το υπόστρωμα, το οποίο μπορεί εύκολα να προκαλέσει αποκόλληση των ενδιάμεσων στρωμάτων.
Πρόκληση εκτύπωσης πολλαπλών-υλικών: Το γεγονός ότι διάφορα υλικά διαστέλλονται με διαφορετικούς ρυθμούς κάνει το άγχος να συσσωρεύεται ταχύτερα.
Απάντηση:
Πριν την εκτύπωση, θερμάνετε το υπόστρωμα στους 200 έως 500 βαθμούς Κελσίου για να μειώσετε τη διαφορά θερμοκρασίας. Για παράδειγμα, τα μηχανήματα της σειράς Precision από την Yunyao Shenwei διαθέτουν δυνατότητα προθέρμανσης υποστρώματος 500 μοιρών που μειώνει την πιθανότητα ρωγμών σε τυπωμένα μέρη από κράμα τιτανίου.
Βελτιστοποίηση της στρατηγικής σάρωσης: Χρησιμοποιήστε "σάρωση νησίδας" ή "σάρωση σκακιέρας" για να απλώσετε την εισερχόμενη θερμότητα και να μην ζεσταθεί πολύ σε ένα μέρος.
Ανόπτηση ανακούφισης από το στρες: Μετά την ολοκλήρωση της εκτύπωσης, η επεξεργασία μόνωσης γίνεται στους 600–700 βαθμούς για να απαλλαγούμε από περισσότερο από το 80% της πίεσης που εξακολουθεί να υπάρχει.
4. Εγγύηση ακρίβειας διαστάσεων: ένα βήμα προς τα εμπρός από το "κατά προσέγγιση χύτευση" στο "καθαρό καλούπι"
Η μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση είναι συνήθως ακριβής με ακρίβεια ± 0,1 mm, αλλά για κομμάτια που πρέπει να είναι πολύ ακριβή, όπως τα γρανάζια ρολογιού, απαιτείται περαιτέρω κατεργασία. Αλλά είναι πολύ δύσκολο να δουλέψετε με περίπλοκες εσωτερικές δομές κοιλοτήτων, όπως δικτυωτές δομές και τυπική μηχανική κατεργασία φρεζαρίσματος ή ηλεκτρικής εκκένωσης (EDM) θα μπορούσαν να βλάψουν την εσωτερική δομή.
Προβλήματα με την τεχνολογία:
Παραμόρφωση συρρίκνωσης: Όταν το μέταλλο κρυώνει, συρρικνώνεται σε όγκο, γεγονός που προκαλεί αλλαγή των διαστάσεων.
Παρεμβολές από δομές στήριξης: Η υπολειπόμενη στήριξη καθιστά δυσκολότερη την εύρεση του επιπέδου αναφοράς μηχανικής κατεργασίας.
Οι δομές με λεπτά{0}}τοιχώματα δεν είναι αρκετά άκαμπτες, επομένως οι δονήσεις επεξεργασίας μπορούν εύκολα να σπάσουν τα εργαλεία.
Απάντηση:
Αντιστάθμιση σχεδίασης: Ρυθμίστε εκ των προτέρων το ποσό συρρίκνωσης στο μοντέλο CAD (συνήθως μεταξύ 0,2% και 0,5%) και ελέγξτε τη διόρθωση εκτυπώνοντάς το πολλές φορές.
Επεξεργασία σύνδεσης πέντε-αξόνων: Ο εξοπλισμός LASERTEC 65 3D της DMG MORI είναι ένα παράδειγμα εργαλειομηχανής CNC πολλαπλών-αξόνων που μπορεί να κάνει εκτύπωση και φρεζάρισμα ταυτόχρονα.
Η ηλεκτροχημική κατεργασία (ECM) είναι μια μέθοδος αφαίρεσης υλικών χωρίς να απαιτείται μηχανική δύναμη κοπής. Είναι καλό για κατεργασία ακριβείας δομών με λεπτά-τοιχώματα.
5. Συμβατότητα με πολλά υλικά: το πρόβλημα με λειτουργικά διαβαθμισμένα υλικά
Η τρισδιάστατη εκτύπωση μετάλλων κινείται αργά προς την κατεύθυνση του σύνθετου υλικού πολλαπλών-υλικών προκειμένου να καλύψει τις ανάγκες για ελαφρύ βάρος, αντοχή στη διάβρωση και αγωγιμότητα. Αλλά το γεγονός ότι διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετικά σημεία τήξης και συντελεστές θερμικής διαστολής σημαίνει ότι η αντοχή του δεσμού μεταξύ τους δεν είναι αρκετά ισχυρή, γεγονός που μπορεί γρήγορα να οδηγήσει σε αποκόλληση ή ρωγμές.
Προβλήματα με την τεχνολογία:
Διασταυρούμενη-μόλυνση σκόνης: Η υπολειμματική σκόνη σε θήκες για εκτύπωση με πολλά υλικά βλάπτει την καθαρότητα των υλικών.
Διένεξη παραμέτρων διαδικασίας: διαφορετικά υλικά πρέπει να αντιστοιχιστούν με διαφορετική ισχύ λέιζερ, ταχύτητα σάρωσης και άλλες ρυθμίσεις.
Η απόδοση της διεπαφής χειροτερεύει: οι εύθραυστες φάσεις συμβαίνουν γρήγορα όπου συναντώνται διαφορετικά υλικά.
Απάντηση:
Αρθρωτό σύστημα παροχής σκόνης: Για παράδειγμα, ο εξοπλισμός της σειράς RESEARCH από την Yunyao Shenwei διαθέτει ανεξάρτητες δεξαμενές τροφοδοσίας σκόνης που σας επιτρέπουν να εναλλάσσεστε μεταξύ διαφορετικών στρωμάτων υλικού.
Προεπεξεργασία της διεπαφής: Χρησιμοποιήστε καθαρισμό με λέιζερ ή ψεκασμό πλάσματος για να κολλήσετε καλύτερα τη διεπαφή.
Βελτιστοποίηση αριθμητικής προσομοίωσης: Χρησιμοποιήστε το λογισμικό ANSYS ή COMSOL για να μοντελοποιήσετε πώς αλληλεπιδρούν οι θερμικές και μηχανικές ιδιότητες διαφορετικών υλικών κατά τη διαδικασία εκτύπωσης. Αυτό θα σας βοηθήσει να καθορίσετε τις σωστές παραμέτρους.
6. Εύρεση της σωστής ισορροπίας μεταξύ κόστους και αποδοτικότητας: Το μεγαλύτερο πρόβλημα με την παραγωγή μεγάλης κλίμακας-
Η μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση κοστίζει 30% έως 70% του συνολικού κόστους ενός προϊόντος και ο χρόνος επεξεργασίας είναι μεγάλος (συνήθως 2-5 φορές ο χρόνος εκτύπωσης), γεγονός που καθιστά δύσκολη τη χρήση του στη μαζική παραγωγή. Για παράδειγμα, η παραδοσιακή διαδικασία χύτευσης για το μπλοκ κυλίνδρων ενός κινητήρα αυτοκινήτου κοστίζει περίπου 500 γιουάν ανά τεμάχιο. Το κόστος της τρισδιάστατης εκτύπωσης και της μετα{9}}επεξεργασίας, από την άλλη πλευρά, μπορεί να είναι πάνω από 3000 γιουάν.
Προβλήματα με την τεχνολογία:
Υψηλό κόστος εξοπλισμού: Τα κέντρα κατεργασίας υψηλών-τελών πέντε-αξόνων κοστίζουν περισσότερα από 5 εκατομμύρια γιουάν, ενώ ο εξοπλισμός HIP μπορεί να κοστίσει έως και 20 εκατομμύρια γιουάν.
Μήκος αλυσίδας διεργασίας: Πρέπει να κάνετε μια σειρά βημάτων με τη σειρά, όπως θέρμανση, κοπή σύρματος, αφαίρεση στήριξης, γυάλισμα και ξανά γυάλισμα.
Χαμηλό επίπεδο αυτοματισμού: Απαιτείται ακόμα χειροκίνητη εργασία για την μετα{0}}επεξεργασία πολύπλοκων εξαρτημάτων, γεγονός που την καθιστά λιγότερο αποτελεσματική.
Απάντηση:
Έξυπνη ενοποίηση γραμμών παραγωγής: Χρησιμοποιήστε καρότσια AGV για να συνδέσετε τρισδιάστατους εκτυπωτές, φούρνους θερμικής επεξεργασίας και κέντρα μηχανικής κατεργασίας, ώστε η όλη διαδικασία να εκτελείται αυτόματα. Για παράδειγμα, ο εξοπλισμός BLT-S800 της Platinum Technology προσφέρει ενσωματωμένες-δυνατότητες online ανίχνευσης και προσαρμοστικής επεξεργασίας.
Κατασκευή πρόσθετων: Για να μειώσετε τον αριθμό των σταδίων που ακολουθούν μετά την εκτύπωση, συγχρονίστε τη μερική κατεργασία κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εκτύπωσης. Τα μηχανήματα INTEGREX i-400AM της Mazak μπορούν να κάνουν εναλλαγή μεταξύ επένδυσης λέιζερ και φρεζαρίσματος.
Ψηφιακός σχεδιασμός διεργασιών: Χρησιμοποιώντας το λογισμικό Siemens NX ή Magics για να βρείτε την καλύτερη διαδρομή κατεργασίας και να μειώσετε το χρόνο αδράνειας.