Kuidas saab metallist 3D-printimisega saavutada{1}vormide ülitäpse vormimise?

一, tehniline põhimõte: mikrosulamisbasseinist makro täpsuseni, täpne juhtimine
Metallist 3D-printimise põhiidee on sulatada metallipulbrit kihthaaval, kasutades suure-energiaga soojusallikaid. See võimaldab liikuda otse digitaalmudelitelt pärisosade juurde. Näiteks laserselektiivsulatustehnoloogia (SLM) protsessi voolul on neli peamist etappi:
Pulbri puistamine: kahesuunaline kaabitsamehhanism jaotab metallipulbri võrdselt üle töölaua. Katte paksust saab reguleerida väga täpselt, vahemikus 5–50 μm, mis on aluseks mikromeetri-taseme täpsusele.
Laserskaneerimine: f-teta-objektiiv fokuseerib 200 W kiudlaseri suure-energiakiire, et luua täpp, mille läbimõõt on alla 100 μm. Pulber sulatatakse mööda etteantud rada kiirusega 3000 mm/s ja sulabasseini laius on ligikaudu kaks kuni kolm korda suurem laigu läbimõõdust.
Kiht kihi haaval virnastamine: pärast iga kihi sulamist langeb töölaud ühe kihi kõrguse võrra allapoole ja pulbrilise laotamise sulatusprotsessi korratakse, kuni kihthaaval virnastamisega saavutatakse kolmemõõtmeline tahke moodustumine.
Kontrollige atmosfääri: hoidke vormimiskambrit täidetud inertse gaasiga, milles on vähem kui 0,1% hapnikku. See peatab metalli oksüdeerumise ja hoiab materjali jõudluse stabiilsena.
See kihthaaval sulatamise meetod võimaldab vormi sees luua keerulisi kujundeid, mida on traditsiooniliste meetoditega raske töödelda. Näiteks Platinum BLT-S400 seadmed suudavad multi-laserkoostööskannimise abil reguleerida detaili minimaalset suurust täpsusega 100 μm ja algse pinna karedust Ra täpsusega 8 μm 400 × 300 × 400 mm³ puhul. See annab riistvaralise toe väga suure täpsusega vormide valmistamiseks.
2, neli peamist viisi tehnoloogia abil täpsuse parandamiseks
1. Paindlik jahutuskanal, mis ulatub ühtlaselt jaotavast soojusest kuni täpse temperatuuri reguleerimiseni
Tüüpilises vormijahutussüsteemis kasutatakse sirgeid auke või puurimistehnoloogiaid ning jahutusveekontuuri paigutus on piiratud. See võib kergesti põhjustada vormi ebaühtlase temperatuurijaotuse, mis võib põhjustada selliseid probleeme nagu toote deformatsioon ja kokkutõmbumine. Metallist 3D-printimise tehnoloogia on sellest barjäärist üle murdnud. Topoloogia optimeerimise konstruktsiooniga saab vormi sisse teha konformse jahutuskanali, mis sobib ideaalselt vormiõõnsuse kujuga.
Platinum Technology kasutab BLT-18Ni300 vormiterast ja 3D-printimist, et muuta jahutusveekanali läbimõõt 2–3 mm ja veekanalite vahe 5–8 mm. See võimaldab jahutusvedelikul otseselt mõjutada kõrge temperatuuriga piirkondi. Eksperimentaalsed andmed näitavad, et täiustatud jahutussüsteem võib tavapäraste protseduuride korral vähendada vormi pinnatemperatuuri erinevust 15-20 kraadilt alla 5 kraadi, vähendada survevalutsüklit 15–30% ja suurendada toote saagist üle 10%.
2. Kerge struktuur: alates materjali äravõtmisest kuni struktuuri paremaks muutmiseni
Vormide valmistamisel vanamoodsalt{0}} eemaldatakse üleliigsed materjalid mehaanilise töötlemise teel. See maksab ressursse ja raskendab keerukate sisemiste struktuuride loomist. Kasutades topoloogia optimeerimise meetodeid, võib metallist 3D-printimine täpselt eemaldada elemente, mida pole vaja, hoides samal ajal vormi tugevana, mis toob kaasa kerge disaini.
Näiteks pärast 3D-printimise tehnoloogia kasutamist autoosa jaoks vormi valmistamisel vähenes kaal 35% ja materjalide maksumus 28%. Samal ajal muudab kerge konstruktsioon vormi vähem raskeks, vähendab vormi vahetamiseks kuluvat aega 40% ja suurendab oluliselt tootmise efektiivsust. Täites mitte-kandvad osad-võrestruktuuridega, saab kaalu veelgi vähendada ilma jäikust kaotamata. See on uus viis vormide kergemaks muutmiseks.
3. Komplekssete funktsioonide integreerimine: ühest struktuurist paljude funktsioonideni
Metallist 3D-printimisel on kihilised tootmisfunktsioonid, mis võimaldavad kombineerida mitut funktsionaalset struktuuri vormidesse. Näiteks sissepritsevormides saab ejektori mehhanismi, liugurit, jahutusvee vooluringi ja muid osi ühendada üheks osaks, et muuta kokkupanek lihtsamaks ja väiksema tõenäosusega valesti minna. Meditsiinilise hallituse stsenaariumi korral muutis 3D-printimine vormist, mis varem vajas 12 osa, vaid kaheks osaks kokku panemiseks. See vähendas vormi kokkupanemiseks kuluvat aega 8 tunnilt 1,5 tunnini ja hoidis mõõtmete tolerantsi ± 0,02 mm piires.
4. Innovatsioon materjalide vallas: universaalsetest sulamitest kohandatud materjalideni
Metallist 3D-printimine võib töötada paljude materjalidega, sealhulgas roostevaba terase, alumiiniumisulamite, titaanisulamite ja nikli{1}}põhiste sulamitega. Samuti võib see muuta materjalide omadusi, muutes pulbri koostist. Näiteks lennunduses ja kosmosetööstuses võivad Inconel 718, nikli{5}}põhise sulamiga valmistatud vormid püsida tugevad ja korrosioonile vastu isegi temperatuuril kuni 650 kraadi, mida on vaja väga rasketes töötingimustes. Meditsiinivaldkonnas võib titaanisulamite poorsuse (30–70% muutuv) ja pooride suuruse (200–600 μm) haldamine aidata implantaatidel ja inimese luudel paremini koos töötada, mis võib muuta operatsiooni edukamaks.
3. Tehnoloogia järeltöötluseks-: töötlemata vormimisest kuni täiusliku täpsuseni
Kuigi metallist 3D-printimise algne vormimistäpsus on mikromeetri tasemel, tuleb siiski lisada järeltöötlustehnoloogia, et see vastaks rangetele vormipinna kvaliteedi, mõõtmete täpsuse ja muude asjade standarditele.
Kuumtöötlus on protseduur, mis vabaneb jääkpingest ja parandab materjalide mikrostruktuuri. Mõned näited on lahusega lõõmutamine ja vanusega töötlemine. Näiteks H13 tööriistaterase kõvadus võib pärast lahuse töötlemist 1050 kraadi juures ja vananemistöötlust 620 kraadi juures olla 38HRC kuni 52HRC. Selle kulumiskindlus muutub ka palju paremaks.
Pinnatöötlus: pinna paremaks muutmiseks kasutatakse liivapritsi, poleerimist, galvaniseerimist ja muid meetodeid. Mehaanilise poleerimisega vähendati teatud täppisvormi korpuse pinnakaredus Ra8 μm-lt Ra0,4 μm-ni. See vastas optilise kvaliteediga toodete survevalu standarditele.
Täppistöötlus: oluliste esemete CNC-freesimine või EDM-mehaaniline töötlemine rangete suurustolerantsidega. Näiteks teatud konnektorivormi valmistamisel kasutatakse nii 3D-printimist kui ka CNC-komposiitide tootmist ning ühenduskliirensit hoitakse 0,005 mm piires, mis on maailma kõrgeim tase.