Kodėl metalo AM matmenų tikslumas yra sudėtingesnis, nei atrodo
Skirtumas tarp mašinos specifikacijų ir tikro{0}}pasaulio tikslumo
Dažna klaida yra tai, kad žiūrima į mašinos specifikacijų lapą, matoma „±0,05 mm lazerio padėties nustatymas“ ir daroma prielaida, kad dalis turės tą leistiną nuokrypį. Tiesą sakant, įrangos tikslumas yra tik vienas veiksnys.
Remiantis EOS GmbH duomenimis, maždaug 60 % metalo spausdinimo tikslumo problemų kyla dėl medžiagos susitraukimo ir terminio iškraipymo, o ne dėl mašinos optinio stendo. Nors ISO/ASTM 52900 apibrėžia priedų gamybos terminologiją, norint pasiekti aukšto lygio rezultatus reikia ne tik standartinių apibrėžimų.
Pro patarimas: tikslumo nykščio taisyklė
Standartinės SLM/DMLS dalys paprastai yra ±0,1–0,2 mm. Retai įmanoma pasiekti didesnius nei ±0,05 mm leistinus nuokrypius „atspausdintus“ ir beveik visada reikia derinti modeliavimo-konstrukciją ir CNC apdirbimą.
Septyni veiksniai, lemiantys galutinį tikslumą
Medžiagos susitraukimas: fizinis susitraukimas3D metalo medžiagakaip jis sukietėja.
Liekamoji įtampa: vidinė įtampa susidaro greitų aušinimo ciklų metu.
Nuskaitymo strategija: kelias, kuriuo lazeris nueina, kad ištirptų milteliai (pvz., šachmatų lenta prieš juosteles).
Konstravimo orientacija: kaip dalis pasvirusi perdažymo ir Z{0}}ašies atžvilgiu.
Atramos dizainas: kaip efektyviai dalis pritvirtinama, kad išsklaidytų šilumą.
Terminis apdorojimas: streso mažinimo ciklų laikas.
Po{0}}apdorojimas: apskaičiuotas medžiagos pašalinimas iš CNC apdailos arba smėlio pūtimo.
1 lentelė. Tipiškas metalo AM proceso matmenų tikslumas
|
AM procesas |
Standartinė tolerancija |
Optimizuota tolerancija |
Po CNC paskelbimo{0}}proceso |
|
SLM / DMLS |
±0,1–0,2 mm |
±0,05–0,1 mm |
±0,01–0,05 mm |
|
EBM |
±0,2–0,3 mm |
±0,1–0,2 mm |
±0,02–0,05 mm |
|
Rišiklio purškimas |
±0,2–0,5 mm |
±0,15–0,3 mm |
±0,05–0,1 mm |
|
CNC (nuoroda) |
±0,01–0,05 mm |
±0,005–0,02 mm |
- |
1 veiksnys: medžiagos susitraukimas ir išankstinis{1}}kompensavimas
Kiekvienas metalas susitraukia, kai kambario temperatūroje pereina iš skystos būsenos į kietą. Tačiau ne visos metalinės 3D spausdinimo medžiagos traukiasi vienodai.
Kiekvienas metalas susitraukia{0}}Tačiau aliuminis yra pats kiečiausias
Nerūdijantis plienas 316L paprastai susitraukia 0,8–1,2%, tuo tarpu3D spausdinimas ant aliuminio(AlSi10Mg) susitraukimo greitis yra daug didesnis – 1,2–2,0%. Didelis aliuminio šiluminio plėtimosi koeficientas (CTE) reiškia, kad tikimybė deformuotis yra dvigubai didesnė nei titano.
Sprendimas: mastelio keitimo ir kompensavimo duomenų bazės
Profesionalūs tiekėjai naudoja „pirmojo gaminio“ testą, kad sukalibruotų tikrąjį susitraukimą konkrečioje mašinoje. Padidinus CAD modelio mastelį (pvz., 1,012x) pjaustymo programinėje įrangoje, dalis „susitraukia“ į tikslinius matmenis. Kalibruota kompensacija gali pagerinti tikslumą 40–60%.
2 veiksnys: liekamasis stresas ir nuskaitymo strategija
Kaip liekamasis stresas naikina toleranciją
Lazeriui tirpinant sluoksnį, vėstantis metalas nori susitraukti, tačiau jį „sulaiko“ apačioje esantys kieti sluoksniai. Tai sukuria liekamąjį tempimo įtempį. Kai dalis nupjaunama nuo pagrindo plokštės, šis įtempis atsipalaiduoja, todėl plokšti paviršiai linksta.
Pataisymas: šachmatų lentos nuskaitymas
Lydymosi zonos suskaidymas į mažus kvadratėlius (salas), o ne ilgas linijas, stabdo šilumos paskirstymą. Tai sumažina liekamąjį įtempimą 30–45 % ir neleidžia jūsų 3D metalo medžiagai išsitraukti iš specifikacijų.
3 veiksnys: kurkite orientavimo strategiją
Viena iš svarbiausių metalo priedų gamybos tikslumo taisyklių yra kritinių matmenų taisyklė.
Z-Ašies dispersija: tikslumą Z kryptimi riboja sluoksnio storis (paprastai 30–50 µm). Z-ašies paklaida paprastai yra 20 % didesnė nei XY paklaida dėl „laiptų efekto“.
Taisyklė: svarbiausius matmenis ir didelio{0}}tikslumo skyles visada įdėkite į XY plokštumą. Jei skylės ašis yra horizontali, skylės „lubos“ greičiausiai nusileis, todėl norint atkurti apskritimą, reikės atlikti daug papildomo apdorojimo.
4 veiksnys: modeliavimas{1}}pagrįstas dizainas (DfAM)
Sienelės storio vienodumas
Netolygus aušinimas yra tikslumo priešas. Jei viena jūsų dalies dalis yra 2 mm storio, o gretima dalis yra 10 mm, šiluminis gradientas ištrauks dalį iš lygiavimo.
Iškraipymo modeliavimas prieš-
Pažangios tikslaus metalo 3D spausdinimo paslaugos dabar naudoja AI-pagrįstą programinę įrangą, pvz., „Autodesk Netfabb“ arba „Materialize Magics Simulation“. Šie įrankiai tiksliai numato, kaip dalis deformuosis, ir leidžia inžinieriams „iš anksto-iškraipyti“ CAD priešinga kryptimi.
Rezultatas: Konstravimo metu dalis deformuojasi į reikiamą formą.
5 veiksnys: po{1}}apdorojimas ir galutinis patvirtinimas
CNC post{0}}apdirbimas: auksinis standartas
Ar metalo 3D spausdinimas gali atitikti CNC apdirbimo tikslumą? Tiesiogiai? Ne. Bet kaip hibridinis procesas? Taip. Palikdamas apskaičiuotas paraštes kritiniuose paviršiuose, CNC frezavimas gali užbaigti detalę iki ±0,01 mm.
Rekomenduojamos apdirbimo pašalpos:
Aliuminis / nerūdijantis: nuo +0.3 mm iki +0.5 mm svarbiuose paviršiuose.
Titanas/Inconel: nuo +0.4mm iki +0.6mm (siekiant atsižvelgti į didesnį įrankių susidėvėjimą ir įtempimą).
Matavimas ir patikrinimas
Norėdami užtikrinti, kad tinkintų metalinių 3D spausdinimo dalių tolerancija būtų griežta, naudokite tinkamus įrankius:
CMM (Coordinate Measuring Machine): išoriniams matmenims ir skylių padėčiai.
KT nuskaitymas: labai svarbus vidiniams kanalams, kurių CMM zondas negali pasiekti.
FAI (pirmojo gaminio patikra): privaloma aviacijos ir erdvėlaiviams (AS9102), kad būtų patikrintas procesas prieš visą gamybos eigą.
DUK
K: Kodėl mano dalys neatitinka tolerancijos, nors mašinos specifikacijose nurodyta ±0,05 mm?
A: Mašinos specifikacijos yra susijusios su lazerio padėties nustatymo tikslumu. Realųjį toleranciją pasaulyje lemia metalo 3D spausdinimo medžiagų šiluminė fizika ir aušinimo procesas.
Kl .: Kaip pagerinti 3D spausdinimo ant aliuminio tikslumą?
A: Norėdami sumažinti šiluminį gradientą, naudokite šildomą konstrukcijos plokštę (iki 200 laipsnių) ir įdiekite šachmatų lentos nuskaitymą, kad suvaldytumėte liekamąjį įtampą.
Klausimas: Ar 3D spausdinimas kada nors gali atitikti CNC tolerancijas?
A: Tik taikant hibridinį metodą. Spausdintuvas tvarko sudėtingą geometriją, o CNC apdaila atlieka tikslius guolių tvirtinimus arba sandarinimo paviršius.
Metalo 3D spausdinimo matmenų tikslumo gerinimas yra kelių{1}}pakopų inžinerijos iššūkis. Nuo pasirinkimo dešinėjeMetalinės 3D spausdinimo medžiagosdiegiant išankstinį{0}}iškraipymo modeliavimą ir CNC apdailą, kiekvienas sprendimas turi įtakos galutiniam mikronui.
Mašina vertinama, kai dalis yra tobula,{0}}tačiau tai, ar laikomasi leistinų nuokrypių, priklauso nuo mašinos inžinerijos proceso.
Reikia detalių su mažomis leistinomis nuokrypomis? Pateikite savo CAD failus išsamiai DFM analizei. Mūsų komanda specializuojasi didelio-tikslumo kūrimo srityje ir gali pateikti išsamią strategiją, kaip pasiekti konkrečius tolerancijos reikalavimus.