Ar paviršiaus apdorojimas turi įtakos matmenų nuokrypiams? Paslėptos tobulos apdailos išlaidos?

Jei nurodėte ar pirkote 3D metalo spausdinimo medžiagų dalis bet kokiam rimtam darbui, tikriausiai turėjote tokį pokalbį: CAD modelis atrodo puikiai, leistinos nuokrypos yra aiškiai pažymėtos ±0,05 mm, detalė spausdina gražiai... o po paviršiaus apdailos nebetelpa. Klientas skambina nusivylęs, klausia, kas nutiko.

Po 15 metų darbo su inžinieriais, pirkimų komandomis ir tyrimų ir plėtros vadovais SLM 3D spausdinimo metalo projektuose galiu drąsiai pasakyti: paviršiaus apdorojimas yra vienas iš labiausiai neįvertintų veiksnių, turinčių įtakos galutiniams matmenų nuokrypiams. Daugelis komandų apdailą vertina kaip kosmetinį žingsnį. Tiesą sakant, tai yra atimamasis (arba kartais papildomas) gamybos procesas, kuris tiesiogiai pakeičia kritinius matmenis.

Šiandien dalinuosi praktine realybe, kurios išmokau iš šimtų realių gamybos serijų - gerų, blogų ir brangių pamokų -, kad išvengtumėte dažniausiai pasitaikančių spąstų dirbdami su pritaikyta 3D metalo spausdinimo gamykla.

Pokalbis, kurio turi turėti kiekvienas inžinierius

Didžiausias mitas priedų gamyboje yra tai, kad dalis, išeinanti iš spausdintuvo, yra paskutinė dalis. Tai ne. Tai „beveik-net-forma“ komponentas, kurį beveik visada reikia apdoroti vėliau, kad atitiktų funkcinius reikalavimus.

Savo klientams visada sakau: „Pirmiausia kurkite finišą, o ne paskutinį“. Nes kai tik nuspręsite dėl paviršiaus apdorojimo -, ar tai būtų rutulinis pūtimas, elektropoliravimas, CNC apdirbimas ar anodavimas -, turite atitinkamai pakoreguoti savo CAD modelį ir leistinus nuokrypius. To nepadarius yra vienas greičiausių būdų sudeginti prototipų biudžetus.

Įtampa yra tikra: rinkodara ir kokybės užtikrinimas nori gražių, lygių paviršių, o mechanikos inžinieriams reikia tikslaus prigludimo ir griežtų leistinų nuokrypių. Patyrusios metalo 3D spausdinimo gamintojų komandos užsidirba šių reikalavimų suderinimo.

Matmenų tolerancijos supratimas priedų gamybos pasaulyje

ĮMetalinės 3D spausdinimo medžiagos, tolerancija nurodo, kaip galutinė fizinė dalis atitinka numatytą CAD geometriją. SLM procesuose, kaip{1}}atspausdintos leistinos nuokrypos paprastai svyruoja nuo ±0,1 mm iki ±0,3 mm, priklausomai nuo dalies dydžio, geometrijos ir medžiagos. Tai yra pradžios taškas -, o ne finišo linija.

Svarbų vaidmenį atlieka sluoksnio storis. 30 μm sluoksnis paprastai suteikia geresnį „neapdorotą“ tikslumą nei 60 μm sluoksnis, tačiau taip pat pailgėja kūrimo laikas ir sąnaudos. Net ir esant optimizuotiems parametrams, šiluminiai gradientai spausdinimo metu sukuria liekamuosius įtempius, dėl kurių dalis nežymiai deformuojasi arba susitraukia, kai dalis nuimama nuo konstrukcijos plokštės.

Štai kodėl tikslaus metalo 3D spausdinimo paslaugos beveik visada apima pokalbį apie post{1}} apdorojimą projekto pradžioje.

Kaip Skirtingai3D metalo medžiagaParinktys reaguoja į apdailą

Ne visos medžiagos elgiasi vienodai, kai pradedate nuimti arba pridėti prie paviršiaus.

Titanas (Ti6Al-4V): tvirtas ir tvirtas, tačiau greitai sukietėja. Jis atsparus medžiagos pašalinimui, o tai apsunkina kontroliuojamą apdailą. Dažnai reikalingi specializuoti įrankiai ir lėtesni procesai.

Aliuminis (AlSi10Mg): minkštas ir lengvai poliruojamas, bet taip pat labai lengva per-pašalinti medžiagą. Jei procesas nėra griežtai kontroliuojamas, galite greitai prarasti svarbius matmenis.

Nerūdijantis plienas (316L): nuspėjamas darbinis arkliukas. Jis gerai reaguoja į elektropoliravimą ir mechaninį apdailą, o medžiagos pašalinimo greitis yra gana pastovus.

„Inconel“ ir „nikelio“ superlydiniai: itin sunku apdirbti dėl didelio kietumo ir darbo{0}}kietėjimo. Tam dažnai reikia derinti įtempių mažinimo terminį apdorojimą, o po to kruopščiai abrazyvinius arba elektrocheminius metodus.

Išmananti metalo 3D spausdinimo medžiagų tiekėjų komanda padės pasirinkti tinkamą lydinį atsižvelgdama į apdailą, o ne tik į mechanines savybes.

„Subtraktoriai“: apdailos procesai, kurie atima medžiagą

Dauguma metalo priedų gamybos paviršiaus apdorojimo būdų yra atimami.

Smėliavimas / rutulinis pūtimas: paprastai pašalina 5–15 μm. Puikiai tinka valyti, bet prideda kintamumo, jei nekontroliuojamas.

Elektropoliravimas: pašalina 10–40 μm, priklausomai nuo ciklo trukmės ir srovės tankio. Puikiai tinka sudėtingoms geometrijoms ir vidiniams paviršiams, nes veikia elektra, o ne fiziniu kontaktu.

CNC post{0}}apdirbimas: tiksliausias, bet ir brangiausias. Galima pasiekti ±0,01 mm kritinėse savybėse, tačiau apdirbimui turite palikti atsargų (dažniausiai 0,2–0,5 mm).

Cheminis ėsdinimas: vienodas pašalinimas idealiai tinka vidiniams kanalams, kurių negali pasiekti mechaniniai įrankiai.

Svarbiausia tiksliai žinoti, kiek medžiagos kiekvienas procesas pašalina iš jūsų konkretaus lydinio ir geometrijos.

„Papildikliai“: apdailos procesai, kurių metu kaupiama medžiaga

Kai kurie gydymo būdai padidina storį:

Anodavimas (ypač ant aliuminio): sukuria 5–25 μm storio (II tipas) arba iki 150 μm (III tipo) oksido sluoksnį. Į tai reikia atsižvelgti nustatant skylių skersmenis ir tinkamus.

Galvanizavimo / PVD dangos: galima pridėti 5–50 μm chromo, nikelio ar kitų medžiagų.

Miltelinis dažymas: daug storesnis (50–150 μm), paprastai naudojamas ne-tiksliems paviršiams.

Kiekybinis palyginimas: apdailos poveikis matmenims

Štai tikri gamybos paleidimo duomenys:

Tikrasis{0}}pasaulio scenarijus

Kad būtų užtikrintas aerodinaminis veikimas, klientui reikėjo lengvo titano vožtuvo korpuso, kurio leistinieji nuokrypiai yra ± 0,03 mm, ir blizgios išorinės apdailos. Pradinis atspaudas atitiko -spausdintus nuokrypius, tačiau po elektropoliravimo skylės atsidarė 0,045 mm - už specifikacijų ribų.

Sprendimas: perprojektavome angas su tyčia, atspausdinome šiek tiek mažesnius matmenis ant svarbiausių savybių, tada apdirbome angas po terminio apdorojimo, bet prieš galutinį išorinį elektropoliravimą. Rezultatas: įvykdyti visi leistini nuokrypiai ir patenkinti paviršiaus reikalavimai. Bendra kaina padidėjo ~18%, bet laužo norma sumažėjo nuo 35% iki mažiau nei 5%.

Projektavimas apdailai: profesionalų{0}}patarimai iš gamyklos grindų

Aukojimas: ant paviršių, kurie bus baigti, uždėkite 0,15–0,30 mm medžiagos.

Vidiniai kanalai: suprojektuokite juos 0,2–0,4 mm didesnius, jei bus naudojamas elektropoliravimas arba AFM.

Svarbu orientacija: kai tik įmanoma, XY plokštumoje spausdinkite kritines tolerancijos ypatybes.

Bendraukite iš anksto: pasidalykite visu savo apdailos planu su pasirinkta 3D metalo spausdinimo gamykla pasiūlymo etape.

Ekonominis poveikis

Tiksliųjų projektų apdaila gali sudaryti 25–45 % visų dalių sąnaudų. Tačiau jo praleidimas dažnai lemia didesnį laužo kiekį, nesėkmingus patikrinimus ir gedimus lauke. Geras pramoninio metalo 3D spausdinimo gamintojas padės rasti patrauklią vietą - „pakankamai gerą“ apdailą ten, kur tai nesvarbu, ir tikslumą ten, kur ji yra svarbi.

Pramonės standartai ir teisės aktų laikymasis

ISO 2768 apibrėžia bendrąsias leistinas nuokrypas, o ASTM F2924 ir F3001 apima titano priedą. Medicinos ir kosmoso srityse privalomas dokumentuotas proceso patvirtinimas. Visada dirbkite su sertifikuotu partneriu, kuris gali užtikrinti visišką atsekamumą.

Dažni klausimai apie paviršiaus apdorojimą ir tolerancijas

CAr pasiekiu veidrodinę apdailą nepakenkiant tinkamumui?

Taip, bet tik tuo atveju, jei modelyje suprojektuosite kompensaciją ir paliksite reikiamas atsargas.

Kiek atsargų turėčiau palikti CNC{0}}paskutiniam apdorojimui?

Paprastai 0,2–0,5 mm vienam paviršiui, atsižvelgiant į reikiamą galutinį paklaidą.

Ar konstrukcijos orientacija turi įtakos galutiniam paviršiaus apdailai?

absoliučiai. Aukštyn-odos paviršiai yra lygesni nei apatinės{2}}odos. Atitinkamai orientuokite kritines savybes.