Ar metalinės 3D spausdinimo formos gali pasiekti partijos nuoseklumą?

一, Pagrindinė partijos nuoseklumo problema yra „nutrūkimas“ tarp laboratorijos ir dirbtuvių.
Pagrindinis metalo 3D spausdinimo proceso principas yra „lydymas po sluoksnio ir krovimas“, kuris apima įvairius daugiamačius aspektus, įskaitant lazerio energijos reguliavimą, miltelių pasiskirstymo vienodumą ir temperatūros gradiento valdymą. Laboratorijoje nesunku spausdinti pavienes aukštos kokybės- formas naudojant tikslią technologiją ir ribotas erdves. Tačiau kalbant apie masinę gamybą, pagrindiniai kintamieji, ribojantys nuoseklumą, tampa šios problemos:
Medžiagų svyravimai: metalo miltelių partijų skirtumai, tokie kaip dalelių pasiskirstymas pagal dydį, deguonies kiekis ir priemaišų kiekis, turi tiesioginės įtakos metalo tekėjimui ir kietėjimui lydymosi proceso metu. Dėl to to paties dizaino modelio dydis arba našumas gali skirtis, kai spausdinama skirtingomis partijomis. Pavyzdžiui, jei deguonies lygis titano lydinio milteliuose padidėja 0,01%, jo gebėjimas atsispirti nuovargiui gali sumažėti 5–10%.
Mažas proceso langas: Lazerio galios, nuskaitymo greičio ir sluoksnio storio pokyčiai vos keliais procentais (tokie ± 1 % galios pokyčiai) gali sukelti įtrūkimus, poringumą arba deformaciją. Pavyzdžiui, orlaivių variklių turbinų menčių vidinių aušinimo kanalų sienelių storis turi būti 0,3–0,5 mm. Pasikeitus bet kuriam iš šių parametrų, kanalai gali būti užblokuoti arba struktūra gali sugesti.
Įrangos stabilumas: ilgėjant spausdinimo laikui, dėl senstančios įrangos problemų, įskaitant lazerio energijos praradimą, veidrodinio nuskaitymo tikslumo poslinkį ir liejimo ertmės temperatūros pokyčius, pamažu bus daroma daugiau klaidų. Tarptautinė standartų grupė atliko testą, kuris parodė, kad spausdintų medžiagų matmenų tikslumas gali sumažėti nuo ± 20 μm iki ± 50 μm po to, kai vienas įrenginys veikia 500 valandų iš eilės.
Neapibrėžtumas po apdorojimo: Formas dažnai reikia nušlifuoti smėliasrove ir poliruoti jas, kad jos atitiktų paviršiaus šiurkštumo standartus, pvz., Ra Mažiau nei 0,8 μm. Šis metodas gali sukelti naujų matmenų klaidų, ypač mikrostruktūrose, tokiose kaip konforminių vandens kelių šakų kanalai, kurių standartinis apdirbimas ne visada gali užtikrinti, kad jie būtų vienodi.
2, Technologinis proveržis: sukurti mechanizmą, užtikrinantį visišką grandinės valdymą, garantuojantį nuoseklumą
Pramonė pamažu sukūrė technologinę barjerą partijų nuoseklumui, dirbdama kartu keturiais aspektais „aparatinės įrangos, programinės įrangos, procesų ir medžiagų“ srityse. Naudojant pirmaujančias įmones, tokias kaip Yunyao Shenwei, kaip pavyzdžius, jų sprendimus galima suskirstyti į tris pagrindines kategorijas:
1. Aparatinės įrangos stabilumas: problemų sprendimas šaltinyje
Labai{0}}tiksli miltelių paskleidimo sistema: naudojama bekontakčio-miltelių keitimo ir integruoto cilindro keitimo konstrukcija, kad milteliai nesimaišytų. Dėl vibracijos ekranavimo ir magnetinio lauko priemaišų šalinimo technologijų miltelių grynumas išaugo iki daugiau nei 99,9%. Pavyzdžiui, Yunyao Shenwei mašinos gali nuosekliai valdyti kiekvieno sluoksnio storį 2–10 μm tikslumu, užtikrinant, kad milteliai tolygiai pasiskirstytų kiekviename sluoksnyje ± 5 μm tikslumu.
Lazerio energijos uždaros{0} kilpos valdymas: naudojant lazerio galios, taško formos ir energijos pasiskirstymo stebėjimą realiuoju laiku, taip pat dinaminio kompensavimo algoritmus, energijos pokyčiai išlaikomi ± 0,5 % tikslumu. Konkreti įmonė pagamino dešimt-lazerinę sinchroninio nuskaitymo sistemą, kuri ne tik leidžia spausdinti penkis kartus greičiau nei įprasta įranga, bet ir sumažina paviršiaus šiurkštumą iki Ra Mažiau nei 1,6 μm arba jam lygų, optimizuodama dėmių persidengimą.
Aplinkos apsaugos valdymo sistema: joje yra kelių{0} zonų temperatūros valdymo modulis ir inertinių dujų cirkuliacijos sistema liejimo ertmėje. Jis palaiko temperatūros gradientą ± 2 laipsnių ribose ir deguonies koncentraciją žemiau 50 ppm, o tai sustabdo deformaciją, kurią sukelia šiluminis įtempis.
2. Proceso optimizavimas: nuo patirties-prie duomenų-pagrįsto
Parametrų biblioteka ir proceso modeliavimas: sukurkite proceso parametrų biblioteką, į kurią įtrauktos įprastos medžiagos, pvz., titano lydinys ir liejimo plienas. Tada naudokite baigtinių elementų analizę (FEA), kad imituotumėte, kaip išsilydęs baseinas elgsis laikui bėgant, nuspėtumėte, kaip jis deformuosis, ir pagerintumėte atramines konstrukcijas. Pavyzdžiui, viena įmonė naudojo modeliavimą, kad sumažintų aviacinių variklių degalų purkštukų spausdinimo iškraipymą nuo 0,8 mm iki 0,2 mm.
Stebėjimas prisijungus ir grįžtamasis ryšys uždarame cikle: spausdinimo metu naudokite didelės spartos{0}}kameras ir infraraudonųjų spindulių termometrus, kad gautumėte svarbią informaciją, pvz., išlydyto baseino formą ir temperatūros lauko pasiskirstymą realiuoju laiku. Naudokite mašininio mokymosi algoritmus, kad pakeistumėte nuskaitymo kelius ir galios nustatymus. Yunyao Shenwei išmanioji proceso biblioteka sujungė daugiau nei 100 000 medžiagų charakteristikų rinkinių. Vos vienu spustelėjimu galima rasti geriausią spausdinimo sprendimą, todėl dydžio nuoseklumas yra geresnis ± 10 μm tikslumu.
Spausdinimas naudojant daugiau nei vienos rūšies medžiagas: norint patenkinti skirtingų formos dalių funkcinius poreikius, pvz., atsparumą dilimui ir šilumos laidumą, turite patobulinti gradiento medžiagų spausdinimo technologiją. Pavyzdžiui, ant konforminio kanalo paviršiaus uždedamas puikaus šilumos laidumo vario lydinio sluoksnis, o pagrindinė konstrukcija pagaminta iš didelio -stiprumo titano lydinio. Tai atliekama naudojant medžiagų sąsajos valdymo technologiją, kad būtų sukurtas vientisas ryšys.
3. Kokybės atsekamumas: nuo vieno elemento patikrinimo iki viso proceso kontrolės
Skaitmeninis dvynys: sukurkite virtualius kiekvieno įrenginio modelius, realiuoju laiku stebėkite tikrosios įrangos darbo būseną ir spausdinimo nustatymus ir naudokite duomenų dvynių technologiją, kad įspėtų apie galimas problemas prieš joms atsirandant. Ši technologija padėjo vienai įmonei sumažinti įrangos prastovos laiką 40 % ir padidinti spausdinimo našumą iki 98,5 %.
Išsami proceso kokybės atsekamumo sistema, apimanti miltelių partijų valdymą, spausdinimo proceso stebėjimą ir užbaigto produkto testavimą – visa tai sudaro uždarą{0}}ciklo duomenų grandinę. Pavyzdžiui, kiekviena forma turi savo skaitmeninę etiketę, kurią galima nuskaityti ir rasti jos spausdinimo įrangą, parametrų nustatymus, miltelių partiją ir bandymo ataskaitą. Tai leidžia lengvai rasti klaidas ir priversti žmones atsakyti.
Standartizuotų bandymų standartai: padėkite sukurti tarptautinius standartus tokiems dalykams kaip mechaninės savybės (pvz., atsparumas tempimui ir nuovargis), matmenų tikslumas (pvz., KT skenavimo trijų matmenų nuokrypių analizė), paviršiaus kokybė (pvz., baltos šviesos interferometro matavimas) ir kt. Tai padės pramonei augti standartizuotai.
3, Industrializacijos praktika: didelio masto taikymas nuo aviacijos iki sveikatos priežiūros
Turime išbandyti tikrąją technologijų pažangos vertę, naudodami jas pramonėje. Šiuo metu iš metalinių 3D spausdinimo formų galima pagaminti produktų partijas, kurios yra vienodos daugelyje aukštos klasės{2}} sričių:
Aerospace: COMAC C929 naudoja SLM technologiją, kad spausdintų sparnų atramas iš titano lydinio. Gaminant 200 vienetų serijiniu būdu, naudojant daugia-lazerinį bendradarbiavimą ir uždaros{5} kilpos valdymą, dydžio nuokrypis yra mažesnis nei ± 15 μm. Jis taip pat praeina nuovargio testą ir sumažina svorį 15%. Regeneracinio aušinimo kanalo topologija pagerino „SpaceX“ raketos traukos kamerą, sumažindama spausdinimo ciklą nuo įprastų 6 mėnesių iki 3 savaičių ir leisdama atlikti 500 karščio ciklo bandymų be gedimų.
Medicininė forma: 3D -spausdinta forma, skirta poringo titano lydinio korpuso suliejimo įrenginiui, kuris sutrumpina įpurškimo ciklą nuo 120 sekundžių iki 45 sekundžių, o gaminio sertifikavimo rodiklį padidina nuo 85 % iki 99 %; Pagal užsakymą pagamintą kobalto chromo lydinio dantų vainikėlio formą galima pritaikyti vos per 2 savaites iki 3 dienų, o kai iš karto pagaminama 5000 vienetų, dydis visada yra ± 20 μm.
Automobilių liejimo formos: nauja energiją naudojančių transporto priemonių įmonė naudojo 3D spausdinimą, kad pagamintų baterijų paketų dėžės formas, kurios sutrumpino suvirinimo procedūrą nuo 12 iki 3, o korpusas tapo 20 % standesnis. Ji sukūrė 3D spausdinimo gamybos liniją, kuri per metus gali pagaminti 50 000 vienetų. Vienos prekės kaina yra 35% mažesnė nei naudojant tradicinius metodus.