Kas pinnatöötlus mõjutab mõõtmete tolerantse? Täiusliku viimistluse varjatud kulud?

Kui olete täpsustanud või ostnud 3D-metalliprintimismaterjalide osi mis tahes tõsiseks rakenduseks, on teil ilmselt olnud selline vestlus: CAD-mudel näeb välja täiuslik, tolerantsid on selgelt märgitud ±0,05 mm, osa prindib ilusti ... ja pärast pinnaviimistlust see enam ei sobi. Klient helistab pettunult ja küsib, mis valesti läks.

Pärast 15 aastat töötamist inseneride, hankemeeskondade ning SLM-i 3D-printimise metalliprojektide uurimis- ja arendusjuhtidega võin teile seda kindlalt öelda: pinnatöötlus on üks alahinnatumaid tegureid, mis mõjutab lõplikke mõõtmete tolerantse. Paljud meeskonnad käsitlevad viimistlemist kosmeetilise sammuna. Tegelikkuses on see lahutav (või mõnikord aditiivne) tootmisprotsess, mis muudab otseselt kriitilisi mõõtmeid.

Täna jagan praktilist tegelikkust, mida olen õppinud sadadest tegelikest tootmistsüklitest - häid, halbu ja kalleid õppetunde -, et saaksite kohandatud 3D-metalliprintimise tehasega töötades vältida kõige tavalisemaid lõkse.

Vestlus, mida iga insener peab pidama

Suurim müüt lisaainete tootmises on see, et printerist väljuv osa on viimane osa. Ei ole. See on peaaegu-neto-kujund, mis vajab funktsionaalsete nõuete täitmiseks peaaegu alati-järeltöötlust.

Ma ütlen alati oma klientidele: "Kõigepealt kujundage finiš, mitte viimane." Kuna kui olete pinnatöötluse - üle otsustanud, kas see on rantpritsimine, elektropoleerimine, CNC-töötlus või anodeerimine, - peate oma CAD-mudelit ja tolerantse vastavalt kohandama. Selle tegemata jätmine on üks kiiremaid viise prototüüpide eelarvete kulutamiseks.

Pinge on tõeline: turundus ja kvaliteedikontroll tahavad ilusaid siledaid pindu, samas kui mehaanikainsenerid vajavad täpset sobivust ja rangeid tolerantse. Nende nõudmiste ühitamine on koht, kus kogenud metallist 3D-printimise tootjate meeskonnad teenivad oma raha.

Mõõtmete taluvuse mõistmine lisaainete tootmise maailmas

sisseMetallist 3D-printimise materjalid, tolerants viitab sellele, kui täpselt lõplik füüsiline osa vastab kavandatud CAD-geomeetriale. SLM-protsesside puhul jäävad prinditud tolerantsid tavaliselt vahemikku ±0,1 mm kuni ±0,3 mm, olenevalt osa suurusest, geomeetriast ja materjalist. See on alguspunkt -, mitte finišijoon.

Suurt rolli mängib kihi paksus. 30 μm kiht annab üldiselt parema "toores" täpsuse kui 60 μm kiht, kuid see suurendab ka ehitusaega ja -kulusid. Isegi optimeeritud parameetrite korral tekitavad trükkimise ajal tekkivad termilised gradiendid jääkpingeid, mis pärast detaili ehitusplaadilt eemaldamist põhjustavad kerget kõverdumist või kokkutõmbumist.

Seetõttu hõlmavad täppismetallist 3D-printimise teenused peaaegu alati projekti alguses{1}}vestlust järeltöötluse kohta.

Kui erinev3D metallist materjalValikud reageerivad viimistlusele

Kõik materjalid ei käitu pinnale eemaldamise või lisamise alustamisel ühtemoodi.

Titaan (Ti6Al-4V): sitke ja tugev, kuid kõvastub kiiresti. See on vastupidav materjali eemaldamisele, mis muudab kontrollitud viimistluse keerulisemaks. Sageli on vaja spetsiaalseid tööriistu ja aeglasemaid protsesse.

Alumiinium (AlSi10Mg): pehme ja hõlpsasti poleeritav, aga ka materjali väga lihtne üle-eemaldada. Kui protsessi täpselt ei kontrollita, võite kriitilised mõõtmed kiiresti kaotada.

Roostevaba teras (316L): etteaimatav tööhobune. See reageerib hästi elektropoleerimisele ja mehaanilisele viimistlusele ning materjali eemaldamise kiirus on suhteliselt ühtlane.

Inconeli ja nikli supersulamid: ülimalt raske viimistleda suure kõvaduse ja töö{0}}kõvenemise tõttu. Need nõuavad sageli stressi leevendamise kuumtöötluse kombinatsiooni, millele järgneb ettevaatlik abrasiivne või elektrokeemiline meetod.

Teadlik metallist 3D-printimise materjalide tarnijate meeskond aitab teil valida õige sulami, pidades silmas viimistlust, mitte ainult mehaanilisi omadusi.

Lahutajad: viimistlusprotsessid, mis võtavad materjali ära

Enamik metallilisandite tootmise pinnatöötlusi on lahutavad.

Liivaprits / rantprits: eemaldab tavaliselt 5–15 μm. Suurepärane puhastamiseks, kuid lisab muutlikkust, kui seda ei kontrollita.

Elektropoleerimine: eemaldab 10–40 μm olenevalt tsükli ajast ja voolutihedusest. Suurepärane keerukate geomeetriate ja sisepindade jaoks, kuna see töötab pigem elektri kui füüsilise kontakti kaudu.

CNC-posti{0}}töötlemine: kõige täpsem, kuid ka kõige kallim. Kriitiliste omaduste korral võib saavutada ±0,01 mm, kuid töötlemiseks peate jätma varu (tavaliselt 0,2–0,5 mm).

Keemiline söövitus: ühtlane eemaldamine, mis sobib ideaalselt sisekanalite jaoks, kuhu mehaanilised tööriistad ei ulatu.

Peamine on täpselt teada, kui palju materjali iga protsess teie konkreetse sulami ja geomeetria puhul eemaldab.

Lisajad: viimistlusprotsessid, mis suurendavad materjali

Mõned ravimeetodid lisavad paksust:

Anodeerimine (eriti alumiiniumil): loob 5–25 μm paksuse (II tüüp) või kuni 150 μm (III tüübi) oksiidikihi. Seda tuleb arvesse võtta avade läbimõõdu ja sobivuste puhul.

Galvaniseerimine / PVD-katted: võib lisada 5–50 μm kroomi, niklit või muid materjale.

Pulbervärvimine: palju paksem (50–150 μm), kasutatakse tavaliselt mitte-täppispindade jaoks.

Kvantitatiivne võrdlus: viimistluse mõju mõõtmetele

Siin on tegelikud andmed tootmistsüklite kohta:

Tõeline{0}}maailma stsenaarium

Klient vajas aerodünaamilise jõudluse tagamiseks kerget titaanist klapikorpust, millel on kitsad tolerantsid (±0,03 mm) ja kõrgläikega välisviimistlus. Esialgne trükk vastas -prinditud tolerantsidele, kuid pärast elektropoleerimist olid avad avanenud 0,045 mm - väljaspool spetsifikatsiooni.

Lahendus. Disainisime ümber, kasutades puuraukudesse tahtlikku varu, trükkisime kriitilistele tunnustele veidi alamõõduga, seejärel töötlesime avad pärast kuumtöötlust, kuid enne lõplikku välist elektropoleerimist. Tulemus: kõik tolerantsid täidetud ja pinnanõuded täidetud. Kogukulu kasvas ~18%, kuid vanaraua osakaal langes 35%lt alla 5%.

Viimistluseks kujundamine: Pro-Nõuanded tehasekorruselt

Ohvrivaru: lisage viimistletavatele pindadele 0,15–0,30 mm materjali.

Sisekanalid: kujundage need 0,2–0,4 mm suuremaks, kui kasutatakse elektropoleerimist või AFM-i.

Orientatsioon on oluline: võimaluse korral printige XY-tasandil kriitilised tolerantsifunktsioonid.

Suhtle varakult: jagage pakkumise etapis oma täielikku viimistlusplaani oma kohandatud 3D-metallitrükitehasega.

Majanduslik mõju

Täppisprojektide puhul võib viimistlus moodustada 25–45% osade kogumaksumusest. Selle vahelejätmine toob aga sageli kaasa suurema praagi määra, ebaõnnestunud kontrolli ja põllutõrkeid. Hea tööstusliku metallist 3D-printimise tootja aitab teil leida meeldiva koha - "piisavalt hea" viimistlus seal, kus see pole oluline, ja täpsus seal, kus see on.

Tööstusstandardid ja regulatiivne vastavus

ISO 2768 määratleb üldised tolerantsid, samas kui ASTM F2924 ja F3001 hõlmavad lisandina titaani. Meditsiini- ja kosmosevaldkonnas on protsessi dokumenteeritud valideerimine kohustuslik. Töötage alati koos sertifitseeritud partneriga, kes suudab tagada täieliku jälgitavuse.

Levinud küsimused pinnatöötluse ja tolerantside kohta

Ca saavutan peegelviimistluse ilma sobivust mõjutamata?

Jah, aga ainult siis, kui kujundate mudelisse kompensatsiooni ja jätate korraliku laoseisu.

Kui palju varu peaksin CNC-{0}}järeltöötluseks jätma?

Tavaliselt 0,2–0,5 mm pinna kohta, olenevalt nõutavast lõplikust tolerantsist.

Kas ehituse suund mõjutab lõplikku pinnaviimistlust?

Absoluutselt. Ülemine-nahapind on siledam kui alumine-nahk. Orienteerige kriitilisi funktsioone vastavalt.