Kui väikesed võivad sisemised kanalid olla metallist 3D-prinditud sisselaskekollektoris?

Insenerid saabuvad sageli valatud või keevitatud sisselaskekollektori joonisega ja sama küsimusega: kas me saame muuta jooksikud tihedamaks, siledamaks ja kergemaks ilma tavaliste tootmispeatusteta? Traditsioonilised protsessid tabavad raskeid piiranguid, kui geomeetria muutub keeruliseks. Südamikud purunevad, tööriistad ei pääse ligi ja mitu tükki tekitavad täiendavaid lekketeid. Metallilisandite tootmine muudab seda võrrandit, kuid praktiline piir ei ole see, mida laser suudab lahendada. See on see, mida saate tegelikes mootoritingimustes pulbrist puhastada ja usaldada.

See artikkel keskendub sellele piirile. Vaatleme tootmise sisselaskekollektorite realistlikke minimaalseid kanalite suurusi, disainivalikuid, mis muudavad väikesed kanalid töötavaks, materjali jõudlust kuumuse ja rõhu all ning seda, kuidas hinnata metallist 3D-printimise tootjat seda tüüpi tööde jaoks.

Miks sobivad sisselaskekollektorid metallist 3D-printimiseks?

Valatud kollektorid sunnivad tegema järeleandmisi jooksja kuju ja seina paksuse osas. Keevitatud versioonid lisavad liitekohti ja kaalu. Mõlemad lähenemisviisid võitlevad integreeritud funktsioonide ja ühtsete sisepindadega.

Laserpulberkihi sulandamine ehitab kogu kollektori üheks tükiks. Jooksjad saavad järgida pidevaid optimeeritud radu. Andurite ülaosad, kinnituspunktid ja äärikud muutuvad sama korpuse osaks. 20–40% kaalusääst on tavaline, kui seinu harvendada ja üleliigne materjal topoloogia optimeerimise teel eemaldada. Õhuvool paraneb, kuna sisepinnad väldivad südamikuprintidele või keevisõmblustele omaseid järske üleminekuid. Osade arv väheneb, mis vähendab tolerantsi suurenemist-ja võimalikke lekkekohti.

Need eelised on kõige olulisemad suure jõudlusega-, motospordi ja väikese-mahuga rakendustes, kus pakend on tihe ja iga gramm loeb.

Kaasaegsed süsteemid suudavad välisseintel või lihtsatel vertikaalsetel aukudel lahendada umbkaudu 0,3–0,5 mm suuruseid tunnuseid. Sisekanalid on erinevad. Tõeline piirang on pulbri eemaldamine ja pikaajaline-kindlus, mitte laserpunkti suurus.

Enamik tootjaid ja avaldatud juhised käsitlevad lühikeste ja hästi orienteeritud kanalite puhul 0,5–0,8 mm alumist praktilist läve. Tootmise sisselasketorude jaoks, mis keerduvad läbi detaili, on 1,0–1,5 mm ohutum lähtepunkt. Alla umbes 0,75 mm pikkused kanalid püüavad sageli pulbrit kinni, eriti kui kuvasuhe on kõrge või tee sisaldab horisontaalseid lõike. Uuringud on näidanud, et pärast agressiivset puhastamist või keemilist söövitamist on funktsionaalsed mikrokanalid nii väikesed kui 400–600 µm, kuid need tulemused on siiski pigem erand kui tavaline mootorikomponentide tootmistava.

Printeri võimekus vs puhastusreaalsus

Vertikaalsed kanalid tühjenevad kergemini kui horisontaalsed. Pikad kõverad jooksjad vajavad tahtlikke põgenemisteid. Ilma nendeta võib isegi hästi-prinditud 0,6 mm kanal jääda osaliselt blokeerituks. Jääkpulber põhjustab voolupiiranguid ja osakeste mootorisse sattumise ohtu. Suruõhk, vibratsioon, ultrahelipuhastus ja aeg-ajalt keemilised meetodid aitavad, kuid edu otsustab ikkagi geomeetria. Esimene-artikkel CT-skaneerimine või voolu testimine jääb ainsaks usaldusväärseks viisiks kontrollida, kas kanalid on tõesti avatud.

Kanali kuju teeb vahet

Ümmargused kanalid, mis on suuremad kui 3–8 mm, vajavad sageli sisemisi tugesid, mida on peaaegu võimatu pikkade jooksjate küljest eemaldada. Ise-toetavad profiilid lahendavad enamiku probleemidest.

Pisara (vee{0}}tilga) osad

Teemant- või piklikud elliptilised kujundid

Kolmnurksed või faasitud vormid 45-kraadise või horisontaalse järsema nurgaga

Need kujud vähendavad või kõrvaldavad sisemisi tugesid, säilitades samal ajal hüdraulilise jõudluse. Kuna-ehitatud sisepindade karedus on tavaliselt vahemikus 5–20 µm Ra, suurem allapoole suunatud-aladel. Abrasiivvooluga töötlemine või elektrokeemiline poleerimine võib kriitilisi sektsioone siluda, kui rõhulangust tuleb minimeerida.

Praktilised disainireeglid, mis tootmises tegelikult töötavad:

Kujundage tootmisjuhikud minimaalse läbimõõduga 1,0 mm või suuremad, välja arvatud juhul, kui teil on puhastusprotsesse ja lühikesi kanali pikkusi kinnitatud.

Kasutage ise{0}}toetavaid ristlõikeid-, kus kanal pole vertikaalne.

Suunake konstruktsioon nii, et suuremad kanalid kalduksid ülespoole või neil oleks pulbri jaoks selged väljapääsuteed.

Planeerige põgenemisfunktsioonid, mida saab hiljem pitseerida või masinaga sulgeda.

Enne konstruktsiooni tootmiseks vabastamist kontrollige pulbri eemaldamist CT või voolutestiga.

AlSi10Mg on endiselt 3D-prinditud sisselaskekollektorite kõige levinum sulam. Tihedus on umbes 2,67 g/cm³. Tõmbetugevus pärast pinge leevendamist või kuumtöötlust on tavaliselt vahemikus 280–460 MPa. Sulam talub hästi mõõdukaid temperatuure, kuid kaotab tugevuse märgatavalt üle 150–200 kraadi pideva kokkupuute korral. See muudab selle sobivaks vabalthingavate ja mõõdukalt võimendatud rakenduste jaoks, kui arvestada soojusjuhtimist. Roostevaba teras või niklisulamid muutuvad lisaraskuse hinnaga valikuvõimalusteks, kui temperatuur tõuseb kõrgemale.

Korralikult töödeldud osade tihedus on üle 99,5%. Kandvate sektsioonide seinapaksused 0,8–1,2 mm koos pingevabastusega on osutunud piisavaks tüüpiliste sisselaskerõhkude ja termilise tsükli jaoks dünos ja mootoril{5}}. Nii DMLS- kui ka SLM-süsteemid suudavad neid tulemusi anda, kui tootja kasutab sulami jaoks kinnitatud parameetreid. Praktiline erinevus seisneb sageli pigem masina võimekuses,-järeltöötluse sügavuses ja protsessi juhtimises kui tehnoloogiate ajaloolistes siltides.

Jõudlusklient vajas mitme-osaga valatud-ja-keevitatud kollektori jaoks ühe-tüki asendust. Eesmärgid hõlmasid vähemalt 25% kaalu vähendamist, pidevat jooksja geomeetriat ilma järskude üleminekuteta ja ühilduvust olemasoleva pakendiga mõõduka tõuke korral.

Peamised riskid olid pulbri kinnijäämine keerulistes jooksikutes ja konstruktsiooni terviklikkuse säilitamine pärast termotsüklit. Disain teisendas kriitilised ringikujulised lõigud pisaraprofiilideks, optimeeris orientatsiooni isetoetavate teede jaoks ja lisati ajutised evakuatsioonipordid, mis hiljem suleti. Osad ehitati AlSi10Mg-st multi-lasersüsteemil, pingevaba-, CNC-töödeldud tihenduspindadel ja portidel ning viimistleti seejärel abrasiivse vooluga jooksutorudel. CT-kontroll kinnitas selgeid kanaleid. Valmis kollektor vähendas mõõdetud kaalu 28% ja parandas õhuvoolu. See läbis rõhutesti ja düno valideerimise ilma lekete või struktuuriprobleemideta. Heakskiidetud disainist esimeste funktsionaalsete üksusteni kulus alla kolme nädala.

See järjestus-geomeetria reguleerimine puhastatavuse, kontrollitud järel{1}}töötluse ja kinnitamise- tagamiseks on muster, mis töötab järjepidevalt.

Sama tehnoloogia, erinevad tööstused

Sisselaskekollektorite puhul kasutatav identne kombinatsioon laserpulberkihi sulamisest ja täppis-CNC-viimistlusest ilmneb ka meditsiinitöös. Titaanisulamitest 3D-prinditud meditsiinilised implantaadid põhinevad võimel luua kontrollitud poorseid pindu luude integreerimiseks, säilitades samal ajal ranged välised tolerantsid. Täppis-CNC-töödeldud meditsiinitooted algavad sageli peaaegu-netolisandikujuliste kujunditega ja lõpetavad sama hübriidtöötlusstrateegiaga, mida rakendatakse kollektori tihenduspindade ja paigaldusfunktsioonide puhul. Töötlege teadmisi pulbri haldamise, jääkpinge ja{5}}töötlusjärgsete ülekannete kohta.

Mitte iga metallist 3D-printimise tehas ei tule sisekanalitega võrdselt hästi toime. Keskenduge nendele punktidele:

Tõestatud võime toota ja puhastada keerulisi sisemisi kanaleid, mitte ainult lihtsat välist geomeetriat.

Valideeritud parameetrikomplektid ja materjali sertifikaat AlSi10Mg või teie valitud sulami jaoks.

Majasisene-või rangelt kontrollitud järel{1}}töötlemine: pinge maandamine, kuumtöötlus, CNC-töötlus ja sisepinna viimistlemine.

Kontrollimeetodid, millega saab tegelikult kontrollida kanali puhtust (CT, voolu testimine või samaväärne).

Kogemus liikudes prototüübilt väikestele-partii- või hulgimüügimahtudele ilma kvaliteedimuutuseta.

Valmisolek anda konkreetset DFM-i tagasisidet kanali suuruse, orientatsiooni ja ise{0}}toetava geomeetria kohta, mitte üldise hinnapakkumise kohta.

Tootja, kes suudab arutada pulber{0}}eemaldusstrateegiat ja hübriidviimistlust praktilises plaanis, tarnib tõenäolisemalt usaldusväärseid kohandatud metallist 3D-prinditud osi.

Kui teil on kollektori konstruktsioon või sarnane keerukas metallkomponent, saatke STEP-fail tasuta kujunduse -toodevuse ülevaatamiseks{1}}. Ülevaatuses märgitakse kanali puhastatavusega seotud riskid, soovitatakse orientatsiooni ja ise{3}}toetavaid kohandusi ning antakse realistlik ajakava ja maksumus nii prototüübi kui ka tootmiskoguste kohta. Selge tagasiside valmistatavuse kohta on kiireim viis liikuda kontseptsioonilt funktsionaalsete metallosade juurde.