Hur kombinerar man metall 3D-utskrift och CNC-bearbetning på det mest rimliga sättet?

一, Teknologisk komplementaritet: en logisk förändring från "opposition" till "symbios"
Metall 3D-utskrift (med SLM/DMLS-teknik som ett exempel) använder en laser för att smälta metallpulver lager för lager, vilket gör det möjligt att bygga komplicerade inre strukturer på en gång. Dess främsta fördelar är:
Genombrott i strukturella frihetsgrader: kunna göra gallerstrukturer, konforma kylkanaler, ojämna ytor och annat som typiska CNC-maskiner inte kan. Till exempel får en viss hydraulisk ventilkropp förskjutna oljekretsar genom 3D-utskrift, vilket gör flödeskanalen 300 % mer komplicerad. CNC-bearbetning kräver många klämmor och är svårt att se till att den tätar.
Additiv tillverkning slösar inget material, och materialutnyttjandet kan vara över 90 %, vilket är mycket högre än 50 % till 70 % för CNC-bearbetning.
Förmågan att snabbt upprepa: Efter att ha bytt digital modell kan den skrivas ut direkt utan att behöva gjutas om. Detta har minskat tiden det tar att utveckla nya varor från månader till dagar.
Men den initiala noggrannheten (± 0,04 mm) och ytjämnheten (Ra12,5 μm) för 3D-utskrift gör det svårt att möta behoven av hög-montering. Det är då CNC-bearbetning blir mycket viktig:
Storlekskorrigering: För att kompensera för krympningsdeformation under tryckning bör du fräsa verktygsmaskinens styryta med en noggrannhet på ± 0,02 mm.
Ytbearbetning: Precisionsfräsning höjer ytråheten från Ra12,5 μm i -gjutet tillstånd till Ra1,6 μm, och spegelpolering kan till och med höja den till Ra0,2 μm.
Nyckelfunktionsbearbetning: CNC är bra på att göra alla typer av lokal bearbetning, som att göra ändytor med hög precision och gängade hål med hög precision.
2, Ett vanligt användningsfall är när du behöver uppfylla både komplicerade struktur- och precisionskrav.
1. Inom flygbranschen måste det finnas en balans mellan att vara lätt och att kunna bära mycket vikt.
Ett flygföretag använder metoden "3D-utskrift+CNC" för att göra motorförbränningskammare:
3D-utskriftsprocess: Skriver ut komplicerade former med konforma kylkanaler av Inconel 718, en nickel-baserad hög-temperaturlegering. Detta gör strukturerna 35% lättare och klarar temperaturer upp till 1200 grader.
CNC-process: Ultra-exakt bearbetning av tätningsytan till en planhet på 0,01 mm för att säkerställa att den fungerar bra i situationer med högt-tryck.
Effektverifiering: Produktionscykeln är 60 % kortare än med vanliga gjut- och svetsmetoder, och utmattningslivslängden är dubbelt så lång.
2. Medicinska implantat: en blandning av personalisering och biokompatibilitet
Så här görs ortopediska implantat av titanlegering:
3D-utskrift: Använd CT-data från patienten och skriv ut en porös lårbensstam med en porositet på 60 % till 80 % och en porstorlek på 200 till 500 μm. Detta kommer att efterlikna formen av naturliga bentrabeculae.
CNC-bearbetning: exakt fräsning av den koniska sammankopplingsytan som berör benmärgskaviteten för att säkerställa att den uppfyller H7-nivåtoleransen och uppnår biologisk fixering.
Ytbehandling: Sandblästring och anodisering gör ytan strävare, vilket hjälper bencellerna att fastna på den.
3. Industriella formar: en bra balans mellan komplicerade flödeskanaler och bra kylning
Ett visst formföretag använder en blandad tillverkningslösning:
3D-utskrift gör en formkärna med tre lager av interna kylkanaler på en gång. Detta gör kylningen 30 % effektivare och åtgärdar problemet med läckor som uppstår med standardblockskarvning.
CNC-bearbetning: polera avskiljningsytan till Ra0,4 μm för att göra det lättare att ta bort plastdelar.
Kostnadsjämförelse: Kostnaden per styck har sjunkit med 42 %, och det finns ingen anledning att oroa sig för mögelskrot från svetsförvrängning.
3, Processintegrationens väg: förbättra hela processen från design till efter-bearbetning
1. Designfas: Optimera topologin beroende på gränserna för tillverkningsprocessen.
DFAM (Design for Additive Manufacturing): Använd en metod för att generera gitterstruktur för att halvera vikten samtidigt som styrkan bibehålls.
Reserverad bearbetningstillägg: Avsätt 0,3–0,5 mm för element som behöver CNC-finish, som monteringsytor och hålplaceringar. Detta kommer att hålla utskriftsskiktsmönster från att påverka noggrannheten.
Optimering av stödstrukturen: Använd simuleringsanalys för att skära ner på mängden stöd samtidigt som du ser till att CNC-verktyg fortfarande är lätta att komma åt. Till exempel placeras stödet för en viss flygkonsol på den icke-bearbetade ytan, vilket minskar CNC-bearbetningstiden med 30 %.
2. Utskriftsstadiet: Samarbete för att reglera inställningar och göra efter-bearbetning
Choose spherical powder (flowability>30s/50g) för att få pulvret att fördela sig jämnare och sänka porositeten till mindre än 0,5 %.
Värmebehandlingstekniken inkluderar avspänningsglödgning vid 650 grader i 2 timmar och varm isostatisk pressning (HIP) för att höja densiteten till över 99,9 %.
Riktningskontroll: Använd Magics programvara för att hitta den bästa vinkeln för att placera element för att minska mängden stöd som behövs för hängande konstruktioner.
3. CNC-bearbetningssteget: fem-länkning och smart kompensation
Bearbetningscenter med fem-axlar: Siemens 840D-systemet används för att klämma och bearbeta komplexa ytor på en gång, vilket förhindrar misstag vid positionering.
Digital tvillingteknologi: använder Vericut-simulering för att förutsäga hur bearbetningen kommer att förändras och göra justeringar av modellen i förväg. Till exempel förbättrade simulering konturnoggrannheten för ett givet turbinblad från ± 0,05 mm till ± 0,02 mm.
Vid maskininspektion: Använd Renishaw-sonder för att hålla ett öga på bearbetningsdimensioner i realtid och åtgärda misstag som inträffar på grund av verktygsslitage.
4. Stadium av ytbehandling: kombinera funktionalisering och ornamentering
Sandblästringsbehandling: Använd 120 mesh glaspärlor för att göra ytjämnheten Ra3,2 μm för att hjälpa beläggningen att fästa bättre.
Mikrobågeoxidation: Gör en keramisk beläggning 10 μm tjock på ytan av titanlegering. Filmen är 1000HV hård och fem gånger mer motståndskraftig mot slitage.
PVD-beläggning: Att lägga på en TiN-beläggning gör ytan hårdare (2200HV) och ger den ett gyllene utseende.