Kurios pramonės šakos kelia didžiausius metalo 3D spausdinimo matmenų tikslumo reikalavimus?

1. Aviacija ir erdvė: žaidimas milimetro{1}}lygio tikslumu labai atšiauriomis sąlygomis
Lėktuvų sektorius yra metalo 3D spausdinimo technologijos „aukštumos“. Pagrindiniai poreikiai yra integruotas sudėtingų konstrukcijų liejimas ir jų veikimo atšiauriomis sąlygomis užtikrinimas. Pavyzdžiui, aviacinių variklių menčių darbinė temperatūra gali pakilti iki 1500 laipsnių ir jos turi atlaikyti didelio-greičio sukimosi įtampą, siekiančią dešimtis tūkstančių apsisukimų per minutę. Dėl bet kokio nedidelio dydžio pasikeitimo dinaminis tarpas tarp ašmenų ir korpuso gali tapti nevaldomas, o tai gali sukelti katastrofiškų gedimų.
Tikslumo reikalavimai:
Matmenų paklaida: svarbių dalių, tokių kaip kuro purkštukai ir turbinos mentės, matmenų paklaida turi būti ± 0,02 mm. Kai kurie susiliejantys paviršiai gali būti net ± 0,01 mm.
Paviršiaus šiurkštumas: funkcinis paviršiaus šiurkštumas turi būti mažesnis nei Ra0,8 μm, kad oro srautas neatsiskirtų ir nesusidarytų šiluminis įtempis.
Geometrinė tolerancija: norint įsitikinti, kad aerodinaminės savybės atitinka konstrukciją, sudėtingų paviršių kontūro paklaida turi būti mažesnė nei 0,05 mm.
Kaip tai padaryti techniškai:
Lazerinis selektyvus lydymas (SLM): 20–60 μm plona miltelių danga ir mikrometro{2}}dydžio lazerio taškas naudojami didelio-tikslumo formoms gaminti. Pavyzdžiui, titano lydinio centrinio sparno krašto juostos, kurią Platinum Lite pagamino lėktuvui C919, matmenų tikslumas yra ± 0,05 mm, o paviršiaus šiurkštumas – Ra3,2 μm. Po elektropoliravimo paviršiaus šiurkštumas sumažinamas iki Ra0,4 μm.
Kelių-lazerinis bendras nuskaitymas: naudojami 4–8 lazeriai, kurie yra sinchronizuojami, kad sumažintų karščio sukeliamus iškraipymus. „Liantai Technology“ į tam tikrą aviacijos padalinį siuntė labai plonas metalines detales. Ploniausia sienelė buvo 0,25 mm storio, o tolerancija buvo tik 0,075 mm. Tai parodė, kad kelių{8}lazerinė sistema buvo stabili.
Uždarojo ciklo grįžtamojo ryšio valdymas: realiuoju laiku stebint lydymosi baseino temperatūrą ir miltelių plitimo būseną ir, jei reikia, keičiant lazerio intensyvumą, tarpsluoksnio klaida išlieka 5 μm ribose.
2. Medicininiai implantai: biologinės sintezės varikliai mikro-masto pritaikymas.
Dėl griežtų individualizuotos sveikatos priežiūros taisyklių metalo 3D spausdinimas medicinos srityje yra toks tikslus. Pavyzdžiui, kalbant apie ortopedinius implantus, pacientų kaulai gali būti labai skirtingos formos ir tankio. Naudojant tradicinius standartizuotus implantus, reikia atlikti antrą operaciją, kad jie būtų lengviau pritaikomi. Tačiau naudojant 3D spausdinimą galima tiksliai nustatyti „vienas pacientas, viena politika“.
Tikslumo reikalavimai:
Implanto kontūro netikslumas turi būti mažesnis nei 0,1 mm, lyginant su paciento KT duomenimis, kad būtų užtikrintas tolygus kaulo kontakto apkrovos pasiskirstymas.
Paviršiaus funkcionalizavimas: Skatinkite kaulų ląstelių dauginimąsi naudodami mikroporinę struktūrą, kurios poros yra 50–500 μm dydžio ir poringumo nuokrypis ± 2%.
Biologinis suderinamumas: Paviršiaus šiurkštumas neturi viršyti Ra1,5 μm, kad būtų išvengta bakterijų dauginimosi ir audinių sudirginimo.
Kaip tai padaryti techniškai:
Didelės -raiškos SLM įranga naudoja 50 μm lazerio tašką ir 15 μm sluoksnio storį struktūroms formuoti mikrometro lygyje. Pavyzdžiui, Teyifei pagamino titano lydinio klubo sąnario protezą konkrečiai ortopedijos įmonei. Jo tikslumas yra 0,01 mm, o klinikinio suderinamumo rodiklis viršija 99%.
Topologijos optimizavimo dizainas: naudokite dirbtinio intelekto algoritmus, kad sukurtumėte lengvas grotelių struktūras, kurios naudoja mažiau medžiagos, tačiau yra tvirtos. Dantų implantas buvo patobulintas, kad jis būtų 40 % lengvesnis ir tarnautų tris kartus ilgiau, kol jį reikės pakeisti.
Po-apdirbimo technologija: paviršiaus šiurkštumas sumažinamas nuo Ra12 μm iki Ra0,8 μm, derinant cheminį poliravimą ir lazerinį mikroapdengimą. Mikroporinė struktūra išlieka tokia pati.
3. Tikslios formos: stabilumas masinėje gamyboje iki kelių mikronų
Metalo 3D spausdinimas liejimo versle turi būti labai tikslus, nes masinė gamyba turi būti labai nuosekli. Pavyzdžiui, naudojant įpurškimo formas, šerdies paviršiaus šiurkštumas turi tiesioginės įtakos gaminio išvaizdai, o ertmės dydis – tam, kaip gerai dalys dera tarpusavyje. CNC apdirbimas ir poliravimas trunka kelias savaites, kad forma būtų pagaminta senamadiškai-. Naudodami 3D spausdinimą galite daryti abu tuo pačiu metu.
Tikslumo reikalavimai:
Matmenų stabilumas: norint valdyti šilumos deformaciją, kuri vyksta per dešimtis tūkstančių liejimo liejimo ciklų, formos ertmės matmenų tolerancija turi būti ± 0,01 mm/100 mm.
Paviršiaus lygumas: Kad būtų patenkinti lazerinių ryšių sistemų atspindžio poreikiai, optinių formų paviršiaus šiurkštumas turi būti mažesnis nei Ra0,05 μm.
Aušinimo efektyvumas: norint užtikrinti, kad formos temperatūra būtų vienoda, konforminio aušinimo vandens kanalo skersmens nuokrypis turi būti mažesnis nei ± 0,05 mm.
Kaip tai veikia techniškai:
Adhesive Jet (BJ) technologija: šis mikrono{0}}dydžio miltelių klijavimo ir sukepinimo metodas leidžia labai tiksliai gaminti formas. Tam tikra įmonė pagamino BJ įrangą, kurios tikslumas yra ± 0,05 mm, o paviršiaus šiurkštumas yra Ra3 μm. Po smėliavimo jis nusileidžia iki Ra1,6 μm.
Penkių{0}}ašių jungčių apdirbimas: 3D spausdinimo naudojimas CNC frezavimui pridėti prie esminių sujungimo paviršių, kad būtų galima tiksliai apdirbti. Pavyzdžiui, „Anyuan Mold“ padidino batų modelių šerdies matmenų tikslumą nuo ± 0,1 mm iki ± 0,02 mm, naudodama „spausdinimo“ ir „frezavimo“ derinį.
Medžiagų naujovės: didelio šilumos laidumo liejimo plieno milteliai, pvz., martensitiniu būdu sendintas plienas, kuris plečiasi tik trečdaliu nei kitos medžiagos. Tai labai sumažina iškraipymus liejimo metu.
4. Mikrofluidiniai lustai: tiksliausias būdas manipuliuoti skysčiais nanoskalėje
Mikrofluidiniai lustai yra labai svarbūs tokiose srityse kaip biologinis aptikimas ir cheminė sintezė. Jų metalines dalis reikia valdyti tiek mikro, tiek nano lygiu. Pavyzdžiui, tam tikra DNR sekos nustatymo mikroschema turi turėti tūkstančius mikrokanalų 5 mm × 5 mm srityje, išlaikant kanalo pločio nuokrypį, mažesnį nei ± 0,5 μm; Jei to nepadarysite, skysčių nukreipimo klaidos viršys 5%.
Tikslumo reikalavimai:
Funkcijos dydis: mikrokanalo plotis turi būti nuo 10 iki 100 μm, o gylis – ±1 μm.
Paviršiaus lygumas: Kad skysčiams būtų lengviau tekėti, kanalo dugnas turi būti ne toks šiurkštus kaip Ra0,1 μm.
Struktūrinis vientisumas: norint užtikrinti, kad sandariklis laikytųsi esant aukštam slėgiui, jame neturėtų būti mikroįtrūkimų ar porų.
Kaip tai padaryti techniškai:
Itin greitas{0}}lazerinis apdorojimas: femtosekundžių lazerio impulsų naudojimas siekiant pašalinti mažiau nei mikrono storio medžiagą ir išvengti karščio pažeistų vietų. Tyrimo grupė femtosekundiniu lazeriu spausdino nikelio -pagrįstus mikroskysčius, kurių kanalo pločio dispersija buvo tik ± 0,3 μm.
Elektrocheminis poliravimas: kartu naudojant mikrosrovės valdymą ir elektrolito formulę, paviršiaus šiurkštumas sumažėja nuo Ra5 ​​μm iki Ra0,05 μm, išlaikant tikslią kanalo formą.
Kelių-medžiagų sudėtinis spausdinimas: metalo-keramikos gradientinis spausdinimas naudojamas biologiškai inertiškai padengti kanalo vidinę sienelę, todėl lustas ilgiau tarnauja.