Kako spriječiti izobličenje u metalnim 3D odštampanim dijelovima motora s tankim-zinama

Završite laganu usisnu komponentu ili kućište motora sa tankim-stinama, pošaljete ga na metalnu 3D štampu, a dio se vrati sa kritičnim zidom iskrivljenim za 0,2–0,3 mm. Više ne leži ravno niti se poravnava s dijelovima koji se spajaju. Ovo se redovno dešava sa metalnim aditivima sa tankim{6}}stinama, posebno kada se preostalim naprezanjem ne upravlja od samog početka.

Distorzija nije tajanstvena. To dolazi iz predvidljivog termičkog ponašanja, a kontrole su također predvidive. Ispod je praktičan pogled na to zašto se to događa i šta zapravo radi na održavanju tankih{2}}komponenti motora sa tankim stijenkama unutar upotrebljive tolerancije.

Zašto se tanki{0}}metalni dijelovi iskrivljuju

U DMLS ili SLM, laser topi malu količinu praha na visokoj temperaturi, a zatim se materijal izuzetno brzo hladi. Okolni prah i očvrsnuti metal ostaju mnogo hladniji. Ta velika temperaturna razlika stvara zaostalo naprezanje.

Tanki zidovi najviše pate jer imaju nisku krutost i ograničene puteve za izlazak topline. Tri problema se ponavljaju:

Preostalo naprezanje zaključano ponovljenim ciklusima{0}}hlađenja topljenja

Oslonci koji su preslabi ili loše postavljeni, pa se dio može izvući iz oblika tijekom hlađenja

Toplota se nakuplja u vitkim dijelovima koji ne mogu dovoljno brzo odbaciti toplinsku energiju

Kada se ovi faktori kombinuju, zid koji je izgledao savršeno u CAD modelu može se lako pomeriti dovoljno da postavi montažne površine ili zaptivne površine izvan tolerancije.

Prvo napravite pravi dizajn zida
Ujednačena debljina se ponaša bolje od naglih skokova sa debljine na tanko. Dodavanje lakih rebara ili fileta u ne-kritičnim područjima često povećava krutost tokom izrade, a da pritom ne naruši ciljnu težinu. Veliki ravni nepodržani rasponi su česte problematične zone-koji ih razbijaju ili podržavaju ispravno. Ovo su osnove obradivih smjernica za dizajn 3D štampe metalnih tankih zidova.

Usmjerite dio imajući na umu stres
Vertikalne ili kutne orijentacije za kritično tanke zidove obično smanjuju površinu koja se topi u svakom trenutku i mijenja mjesto gdje se koncentrira zaostalo naprezanje. Orijentacija takođe odlučuje koje će površine nositi oznake podrške, tako da funkcionalnim licima treba rano obratiti pažnju.

Koristite nosače i kao sidra i kao puteve za zagrijavanje
Oslonci nisu tu samo da spreče pad dijela. U zonama visokog{1}}naprezanja potreban im je dovoljan poprečni-presjek da se odupru silama povlačenja i da provode toplinu. Ujednačeno tanki oslonci često pokvare upravo na najvažnijim mjestima.

Kontrolirajte parametre i koristite predgrijavanje kada je dostupno
Stabilni, validirani skupovi parametara za određenu leguru i mašinu važniji su od stalnog petljanja. Predgrijavanje podloge smanjuje temperaturni jaz između bazena taline i ostatka dijela, što direktno smanjuje zaostalo naprezanje.

Oslobodite se{0}}stresa dok je dio još na ploči
Ovaj pojedinačni korak sprječava veliki udio iskrivljenja-u kasnoj fazi. Toplinska obrada opušta stres dok ploča za izradu još uvijek drži geometriju. Prvo oslobađanje dijela, a zatim termička{3}}obrada je čest razlog zbog kojeg se izobličenje pojavljuje nakon što dio izgleda dobro na mašini.

Legure titanijuma kao što je Ti-6Al-4V slabo provode toplotu u poređenju sa mnogim čelicima ili legurama aluminijuma. Toplina ostaje lokalizovana duže, tako da zaostali stres može biti veći. Iste metode kontrole-promišljen dizajn, orijentacija, robusni oslonci, disciplina parametara i ploča{10}}vezani za ublažavanje naprezanja - primjenjuju se direktno na 3D štampane medicinske implantate od titanijumskih legura. Ti dijelovi također imaju tanke zidove, složene rešetke i nula prostora za dimenzionalno odstupanje. Iskustvo stečeno na komponentama motora sa tankim zidovima dobro se prenosi na rad sa medicinskim implantatima, i obrnuto.

Metalna 3D štampa daje vam skoro-mrežasti oblik. Obično ne daje konačne tolerancije na zaptivnim površinama, nosivim površinama ili preciznim tačkama montaže. Te karakteristike gotovo uvijek trebaju CNC obradu. Isti hibridni pristup je standardan za precizne CNC obrađene medicinske proizvode: aditivna proizvodnja stvara složenu geometriju, a CNC dovodi kritične površine u specifikaciju. Dizajniranje štampanog blanka sa odgovarajućim materijalom za mašinsku obradu na ključnim stranama čini kombinaciju efikasnom.

Na jednoj komponenti koja se odnosi na motor od legure titanijuma sa tankim-stijenkama-, rane konstrukcije su pokazale približno 0,25 mm iskrivljenosti na montažnoj površini nakon uklanjanja nosača. Debljina zida u zahvaćenom području bila je ispod 1,5 mm, a prvobitna orijentacija ostavljala je veliki horizontalni raspon.

Revidirani pristup uključivao je ujednačenije prelaze zidova, dodato lokalno ukrućenje, bolju orijentaciju izrade, jače oslonce u zoni visokog-naprezanja, ublažavanje naprezanja dok je još uvijek pričvršćeno na ploču za izradu, i namjernu mašinsku obradu na kritičnoj površini. Nakon CNC završne obrade, montažna površina je došla u potrebnu toleranciju i dio je sastavljen bez problema. Poboljšanje je došlo od tretiranja dizajna, procesa, termičke obrade i obrade kao jednog sistema, a ne kao odvojenih koraka.

Ne rukuju svaki proizvođač 3D štampača za metal ili fabrika za metalnu 3D štampu podjednako dobro sa radom tankih-zida. Korisni signali uključuju:

Demonstrirano iskustvo sa geometrijama tankih{0}}zina i legurama koje zapravo koristite

U-kućno ili usko povezano{1}}uklanjanje stresa, HIP sposobnost kada je potrebno i CNC dorada

Odgovarajući alati za inspekciju i navika provjere zaostalog-efekta stresa

Dokumentovana kontrola procesa, a ne jedno{0}}nagađanje parametara

Mogućnost prelaska sa prototipa u male-serijske ili veleprodajne prilagođene metalne 3D štampane dijelove bez pada kvaliteta-

Prodavnica koja rano raspravlja o riziku izobličenja i prilagođavanjima dizajna obično je pouzdanija od one koja jednostavno navodi cijenu po dijelu.