Hur uppnår man hög-precisionsmontering efter 3D-utskrift av metall?

1. Designoptimering: Stoppa monteringsfel innan de inträffar.
Dynamisk kompensation och toleransfördelning
Baserat på egenskaperna hos utskriftsprocessen (till exempel SLM-noggrannhet ± 0,05 mm och EBM ± 0,1 mm), lämna utrymme för monteringstoleranser vid 3D-modellstadiet. Till exempel måste ytan där turbinbladen och skivan på en flygmotor möts hållas inom en tolerans på ± 0,02 mm. Funktionen "horisontell expansion" kan användas för att kompensera för materialets krympning under tryckning (till exempel är en titanlegerings krympningshastighet cirka 0,8%). Simuleringsprogramvaran VoxelDance Engineering hjälpte Guangzhou Ruitong Additive Manufacturing Company att förbättra deformationskompensationen av tandimplantat. Detta minskade deformationen av positioneringsringen från 0,3 mm till inom 0,1 mm, vilket löste problemet med monteringsnoggrannhet.
Standardiserade gränssnitt och modulär design
Använda konventionella anslutningsmetoder som USB-gränssnittsanslutningar och Lego-lika tapp- och tappkonstruktioner för att göra monteringen enklare. Till exempel har OpenRC F1 racingmodellen standardiserade gränssnitt som gör det enkelt för användare att byta delar som däck och stjärtfenor. För komplicerade konstruktioner kan de delas upp i mindre, separata delar (såsom fogar, länkar och skal av robotarmar) som kan tryckas och sättas ihop oberoende av varandra. Detta gör det lättare att fixa och uppgradera senare.
Stöd optimering och skarvning av tryck-nedåt
Använd ytan som ska skarvas som tryckgrund och använd det första lagrets planhet för att göra skarvningen mer exakt. Till exempel, när du skriver ut två halv-cirkulära modeller kan nedåtvända sidor göra sömmen mindre påverkad av lager. Att minska kontaktytan med galler eller koniskt stöd gör det lättare att ta bort i efterhand. Till exempel använder föremål gjorda av 316L rostfritt stål en schackbrädesskanningsteknik och konturförskjutningsskanning för att göra ytan mindre grov, från Ra12 μm till Ra3,2 μm.
2. Processkontroll: noggrann hantering av utskriftsinställningar
Optimera energitätheten
Du kan reglera formen på den smälta poolen genom att ändra lasereffekten, skanningshastigheten och skikttjockleken. Detta kan hjälpa till att förhindra problem som sfäroidisering och ofullständig fusion. Till exempel måste energitätheten för titanlegeringen Ti6Al4V hållas mellan 60 och 120 J/mm³. Om kraften är för låg eller hastigheten är för hög, kanske mellanskiktets bindningskraft inte är tillräckligt stark. Om energitätheten är för hög kan det ge termisk spänningssprickning.
Håller luften ren och temperaturen rätt
För att metallen inte ska oxidera tillsätts argon eller kvävgas med hög-renhet (med en syrehalt på mindre än 0,1 %) vid varje steg. Förvärmning av substratet till 150–200 grader före utskrift av AlSi10Mg-aluminiumlegering hjälper till att sänka termisk stress och stoppa skevhet. Användning av samarbetsskanningsteknik med flera-strålar kan dessutom sprida värmetillförseln jämnt och minska kvarvarande spänning.
Övervakning online och ge feedback i en sluten slinga
Använde infraröda termometrar, smältpoolskameror och andra sensorer för att hålla ett öga på temperaturfältet och formen på smältbassängen i realtid under utskrift. Till exempel använder ett företag AI-algoritmer för att titta på förändringar i smältbassängens bredd, automatiskt variera lasereffekten och sänka porositeten från 0,5 % till mindre än 0,1 %, vilket kraftigt ökar materialets densitet.
3. Efter-behandlingsteknik: gör ytan bättre och behåller dess form.
Värmebehandling blir av med stress inuti materialet.
Glödgning, som att värma titanlegering i argon vid 800 grader i två timmar, kan bli av med kvarvarande spänningar som byggs upp under utskrift och stoppa distorsion under montering. Släckning och härdning kan användas för att göra delar med hög-hållfasthet hårdare och segare. Nickel-baserade hög-legeringsdelar som har behandlats med varm isostatisk pressning (HIP) är ett exempel. Deras densitet är nästan 100 % och deras utmattningsstyrka har ökat med mer än 30 %.
Precisionsbearbetning och ytbehandling utförs av maskiner
CNC-bearbetning: Lämna ett utrymme på 0,1–0,3 mm för funktionella ytor som t.ex. Använd en CNC-maskin med fem-länkar för att uppnå exakta krav på 0,02 mm planhet och Ra3,2-råhet.
Elektrolytisk polering är en process som använder elektrokemiska principer för att bli av med små stötar på ytan av aluminiumlegeringsdelar. Detta sänker ytråheten från Ra6 μm ​​till Ra0,2 μm och skapar ett passiveringsskikt som gör delarna mer motståndskraftiga mot korrosion.
Genom att använda Al ₂ O3 eller glaspärlor för att träffa ytan med hög hastighet, blir sandblästringsbehandlingen av med överblivet pulver och gör att ytan ser mer konsekvent ut. Till exempel använde ett visst företag sandblästring för att justera ytråheten hos 3D--tryckta titanlegeringsimplantat till Ra1,6 μm, vilket hjälpte bencellerna att hålla fast vid dem.
Deformationskompensation driven av simulering
Du kan använda programvara som VoxelDance Engineering för att simulera hela utskriftsprocessen, gissa hur saker och ting kommer att förändras och göra modeller för kompensation. Ett specifikt företag, till exempel, minskade deformationen av delar efter simuleringsjustering från 0,5 mm till 0,05 mm för bränslemunstycken för flygmotorer och gjorde monteringsavståndet jämnare med 80 %.
4. Planera för att sätta ihop saker: Se till att allt är korrekt med jämna mellanrum
En plattform för att montera saker som är väldigt styva
Med hjälp av en bas med hög-styvhet, ett exakt transmissions- och styrsystem och en integrerad design för att minska effekten av utrustningsdeformation på monterings koaxialitet. Till exempel, i monteringslinjen för humanoida robotmotorer, används miljöanpassningsdesign (så att hålla temperaturen konsekvent) för att minska antalet systemfel.
Montering för visuell positionering och kraftkontroll
Lägg till ett hög-visionssystem för att hitta positionen och riktningen för viktiga delar som statorn och rotorn, och kompensera för eventuella misstag under monteringen. Samtidigt sätts integrerade kraftkontrollsensorer på plats i slutet för att hålla ett öga på förändringar i kraft och vridmoment i realtid i flera riktningar, vilket gör "flexibel insättning" möjlig. Till exempel använder ett företag kraftkontrollteknik för att förhindra att motorenheten och presskraften ändras med mer än ± 5N, vilket gör att lagren inte går sönder.
Återkoppling i en sluten slinga och kapacitet att spåra data
Samla in data om tryck, förskjutning, vridmoment och andra faktorer i realtid under monteringsprocessen och jämför dem med det förutbestämda processfönstret. Systemet kommer automatiskt att larma eller vidta åtgärder om något går fel. Till exempel gör ett företag separata monteringsprocessposter för varje humanoid robotmotor, tillhandahåller statistisk processkontroll (SPC) och kvalitetsspårbarhet och gör batchkonsistensen bättre än 99,9 %.
5. Branschfall och trender att se fram emot
Området för flyg
GE Aviation använder SLM-teknik för att skriva ut bränslemunstycken för LEAP-motorer. Detta kombinerar 20 delar i en, vilket gör den 25 % lättare och håller 5 gånger längre. Tack vare den kombinerade kontrollen av optimering av utskriftsparametrar och CNC-precisionsbearbetning är dess monteringsnoggrannhet ± 0,01 mm.
Område för medicinska implantat
Johnson&Johnson DePuy Synthes använder 3D-tryckta acetabulära koppar av titanlegering för att hålla ytan slät under Ra0,8 μm med hjälp av elektrolytisk polering. Detta, tillsammans med en porös strukturell design, påskyndar benutvecklingen med 40 %.