Inžinieriai dažnai atvyksta su lietiniu arba suvirintu įsiurbimo kolektoriaus brėžiniu ir tuo pačiu klausimu: ar galime padaryti bėgelius tvirtesnius, lygesnius ir lengvesnius be įprastų gamybos galvos skausmų? Tradiciniai procesai pasiekia griežtas ribas, kai geometrija tampa sudėtinga. Šerdys lūžta, įrankiai nepasiekia, o kelios detalės sukuria papildomus nuotėkio kelius. Metalo priedų gamyba keičia šią lygtį, tačiau praktinė riba nėra tai, ką gali išspręsti lazeris. Tai yra tai, ką iš tikrųjų galite atsikratyti miltelių ir pasitikėti tikromis variklio sąlygomis.
Šiame straipsnyje daugiausia dėmesio skiriama šiai ribai. Mes žiūrime į realistiškus minimalius gamybos įsiurbimo kolektorių kanalų dydžius, dizaino pasirinkimus, kad maži kanalai būtų tinkami naudoti, medžiagos našumas esant karščiui ir slėgiui ir kaip įvertinti metalo 3D spausdinimo gamintoją tokio tipo darbams atlikti.
Kodėl įsiurbimo kolektoriai tinka metaliniam 3D spausdinimui
Lieti kolektoriai daro kompromisus dėl bėgelio formos ir sienelės storio. Suvirintos versijos papildo jungtis ir svorį. Abu metodai kovoja su integruotomis funkcijomis ir nuosekliais vidiniais paviršiais.
Lazerinio miltelių sluoksnio sintezė sudaro visą kolektorių kaip vieną gabalą. Bėgikai gali eiti nuolatiniais optimizuotais takais. Jutiklių viršeliai, tvirtinimo taškai ir flanšai tampa to paties korpuso dalimi. Svoris sutaupomas 20–40 %, kai išmaniai ploninamos sienos ir pašalinamas medžiagos perteklius optimizuojant topologiją. Oro srautas pagerėja, nes vidiniai paviršiai išvengia staigių perėjimų, būdingų šerdies atspaudams ar suvirinimo siūlėms. Sumažėja dalių skaičius, o tai sumažina tolerancijos krūvį- ir galimus nuotėkio taškus.
Šie pranašumai labiausiai svarbūs didelio{0}}našumo, automobilių sporto ir mažos-apimties programose, kur pakuotė yra sandari ir kiekvienas gramas svarbus.
Kokie maži iš tikrųjų gali būti vidiniai kanalai?
Šiuolaikinės sistemos gali pašalinti iki maždaug 0,3–0,5 mm išorinių sienų arba paprastų vertikalių skylių. Vidiniai kanalai yra skirtingi. Tikrasis apribojimas yra miltelių pašalinimas ir ilgalaikis-patikimumas, o ne lazerio taško dydis.
Dauguma gamintojų ir paskelbtų gairių 0,5–0,8 mm laiko apatine praktine riba trumpiems, gerai orientuotiems{2}} kanalams. Gamybinėms įleidimo bėgelėms, kurios sukasi ir sukasi per detalę, 1,0–1,5 mm yra saugesnis atskaitos taškas. Mažesni nei 0,75 mm kanalai dažnai sulaiko miltelius, ypač kai kraštinių santykis yra didelis arba kelias apima horizontalias dalis. Tyrimai parodė, kad po agresyvaus valymo ar cheminio ėsdinimo funkciniai mikrokanalai yra net 400–600 µm, tačiau šie rezultatai vis dar yra išimtis, o ne standartinė variklio komponentų gamybos praktika.
Spausdintuvo galimybės ir valymo realybė
Vertikalūs kanalai valomi lengviau nei horizontalūs. Ilgiems, lenktiems bėgikams reikia apgalvotų pabėgimo takų. Be jų net gerai atspausdintas 0,6 mm kanalas gali likti iš dalies užblokuotas. Miltelių likučiai riboja srautą ir gali dalelių patekti į variklį. Suslėgtas oras, vibracija, valymas ultragarsu ir kartais cheminiai metodai padeda, tačiau geometrija vis tiek lemia sėkmę. Pirmas-straipsnis Kompiuterinės tomografijos nuskaitymas arba srauto tikrinimas išlieka vienintelis patikimas būdas patvirtinti, kad kanalai tikrai atviri.
Kanalo forma daro skirtumą
Apvaliems kanalams, didesniems nei 3–8 mm, dažnai reikia vidinių atramų, kurių beveik neįmanoma nuimti nuo ilgų bėgių. Savarankiškai-palaikantys profiliai išsprendžia daugumą problemų:
Ašaros (vandens{0}}lašo) skyriai
Deimantinės arba pailgos elipsės formos
Trikampės arba nusklembtos formos, kurių kampai 45 laipsnių arba statesni nuo horizontalės
Šios formos sumažina arba pašalina vidines atramas, išlaikant priimtinas hidraulines savybes. Kadangi -pastatyti vidiniai paviršiai paprastai rodo 5–20 µm Ra diapazono šiurkštumą, o žemyn nukreiptose srityse – didesnis. Abrazyvinis srautinis apdirbimas arba elektrocheminis poliravimas gali išlyginti svarbias dalis, jei slėgio kritimas turi būti sumažintas iki minimumo.
Praktinės projektavimo taisyklės, kurios iš tikrųjų veikia gamyboje:
Suprojektuokite gamybinius bėgelius, kurių minimalus skersmuo yra 1,0 mm arba didesnis, nebent turite patvirtintus valymo procesus ir trumpus kanalų ilgius.
Kai kanalas nėra vertikalus, naudokite savarankiškus-palaikančius-skerspjūvius.
Orientuokite konstrukciją taip, kad pagrindiniai kanalai būtų nuožulnūs arba būtų aiškūs miltelių išėjimo keliai.
Suplanuokite pabėgimo funkcijas, kurias vėliau bus galima užsandarinti arba apdirbti.
Prieš išleisdami konstrukciją gamybai, patikrinkite miltelių pašalinimą naudodami CT arba srauto bandymą.
Medžiaga ir stiprumas tikromis variklio sąlygomis
AlSi10Mg išlieka labiausiai paplitęs 3D spausdintų įsiurbimo kolektorių lydinys. Tankis yra apie 2,67 g/cm³. Tempiamasis stipris po įtempių mažinimo arba terminio apdorojimo paprastai svyruoja nuo 280 iki 460 MPa. Lydinys gerai atlaiko vidutinę temperatūrą, tačiau nepertraukiamai veikiant 150–200 laipsnių, jis pastebimai praranda stiprumą. Dėl to jis tinkamas natūraliai įsiurbiamoms ir vidutiniškai padidintoms reikmėms, kai atsižvelgiama į šilumos valdymą. Nerūdijantis plienas arba nikelio lydiniai tampa pasirinkimais, kai temperatūra pakyla aukštesnė, o tai padidina svorį.
Tinkamai apdorotų dalių tankis viršija 99,5 %. Įrodyta, kad 0,8–1,2 mm sienelių storio apkrovą-laikančiose dalyse kartu su įtempių sumažinimu pakanka tipiniam įsiurbimo slėgiui ir šiluminiam ciklui atliekant dinaminio ir -variklio bandymus. Tiek DMLS, tiek SLM sistemos gali pateikti šiuos rezultatus, kai gamintojas naudoja patvirtintus lydinio parametrus. Praktiniai skirtumai dažnai slypi labiau mašinos pajėgumuose, po-apdorojimo gylyje ir proceso valdyme, o ne istorinėse technologijų etiketėse.
Tipiškas projekto kelias (remiantis realiu gamybos darbu)
Efektyviam klientui reikėjo pakeisti vieną-gabalų-lietą-ir suvirintą{3}}kolektorių. Tikslai buvo sumažinti svorį bent 25 %, ištisinė bėgiko geometrija be staigių perėjimų ir suderinamumas su esama pakuote esant saikingam padidinimui.
Pagrindinė rizika buvo miltelių įstrigimas kompleksiniuose bėgiuose ir konstrukcijos vientisumo išlaikymas po terminio ciklo. Dizainas pavertė svarbias apskritas dalis į ašarų profilius, optimizavo orientaciją savarankiškai-atramiems takams ir pridėta laikinų pabėgimo prievadų, kurie vėliau buvo uždaryti. Dalys buvo pagamintos iš AlSi10Mg naudojant daugia-lazerinę sistemą, pašalintos įtempiai-, CNC-apdorotos sandarinimo paviršiai ir prievadai, o tada užbaigtos abrazyviniu srautu ant bėgių. KT patikrinimas patvirtino aiškus kanalus. Galutinis kolektorius sumažino svorį 28 % ir pagerino oro srautą. Jis išlaikė slėgio bandymą ir dinamometro patvirtinimą be nuotėkio ar konstrukcinių problemų. Nuo patvirtinto projekto iki pirmųjų funkcinių mazgų prireikė mažiau nei trijų savaičių.
Šis sekos-geometrijos koregavimas, skirtas valomumui, kontroliuojamam tolesniam-apdorojimui ir patvirtinimui-, yra modelis, kuris nuosekliai veikia.
Ta pati technologija, skirtingos pramonės šakos
Identiškas lazerinio miltelių sluoksnio suliejimo ir tikslios CNC apdailos derinys, naudojamas įsiurbimo kolektoriams, atsiranda ir medicinos darbe. Titano lydinių 3D spausdinti medicininiai implantai priklauso nuo gebėjimo sukurti kontroliuojamus porėtus paviršius, kad būtų galima integruoti kaulus, išlaikant griežtas išorines leistinas nuokrypas. Tiksliai CNC apdirbti medicinos gaminiai dažnai pradedami beveik -neto priedo formos ir baigiami ta pačia hibridine apdirbimo strategija, taikoma kolektoriaus sandarinimo paviršiams ir tvirtinimo funkcijoms. Tiesiogiai gaukite žinias apie miltelių valdymą, liekamąjį įtempimą ir perkėlimą po{5}}apdirbimo.
Kaip pasirinkti metalo 3D spausdinimo gamintoją
Ne kiekviena metalo 3D spausdinimo gamykla vienodai gerai tvarko vidinius kanalus. Sutelkite dėmesį į šiuos dalykus:
Įrodytas gebėjimas sukurti ir išvalyti sudėtingus vidinius kanalus, o ne tik paprastą išorinę geometriją.
Patvirtinti AlSi10Mg arba jūsų pasirinkto lydinio parametrų rinkiniai ir medžiagų sertifikatas.
Namų-arba griežtai kontroliuojamas tolesnis-apdirbimas: įtempių mažinimas, terminis apdorojimas, CNC apdirbimas ir vidinio paviršiaus apdaila.
Patikrinimo metodai, kuriais iš tikrųjų galima patikrinti kanalo švarumą (KT, srauto bandymas ar lygiavertis).
Patirtis pereinant nuo prototipo prie mažų{0}}partinių ar didmeninės prekybos kiekių be kokybės pokyčių.
Noras pateikti konkrečius DFM atsiliepimus apie kanalo dydį, orientaciją ir save{0}}palaikančią geometriją, o ne pateikti bendrą citatą.
Gamintojas, galintis praktiškai aptarti miltelių{0}}pašalinimo strategiją ir hibridinę apdailą, greičiausiai pateiks patikimas pasirinktines metalines 3D spausdintas dalis.
DUK
K: Kokie maži gali būti vidiniai kanalai spausdinant metalą 3D?
A: Gamybiniams įsiurbimo kolektoriams suprojektuokite 1,0 mm ar didesnį, nebent turite patikrintų valymo metodų ir trumpo kanalo ilgio. 0,5–0,8 mm ypatybės pasiekiamos kontroliuojamais atvejais, tačiau reikalauja kruopštaus orientavimo ir patvirtinimo.
Kl.: Ar metaliniai 3D spausdinti kolektoriai gali atlaikyti variklio šilumą ir slėgį?
A: Taip, kai medžiaga ir sienelės storis atitinka paskirtį. AlSi10Mg veikia esant vidutinei temperatūrai ir įprastam įsiurbimo slėgiui po tinkamo terminio apdorojimo. Aukštesnės-temperatūros zonose gali reikėti skirtingų lydinių.
Kl .: Kiek kainuoja metalinis 3D spausdintas įsiurbimo kolektorius?
A. Kaina priklauso nuo dydžio, sudėtingumo, medžiagos ir reikalaujamo tolesnio apdorojimo{0}}. Prototipų kaina yra didesnė už-vienetą; mažos partijos pagerina ekonomiką. STEP failas leidžia pateikti tikslią citatą.
Kl.: DMLS vs SLM variklio dalims?
A: Abu procesai gamina tankias, funkcionalias metalines dalis šiuolaikinėse pramoninėse sistemose. Rinkitės pagal gamintojo patvirtintus parametrus, tolesnio{1}}apdorojimo galimybes ir panašios geometrijos įrašus, o ne vien etiketę.
K: Kokių failų reikia citatai?
A: Pirmenybė teikiama STEP modeliui, taip pat medžiagų pasirinkimui, kritinėms leistinoms nuokrypoms, paviršiaus reikalavimams ir bet kokiems slėgio ar temperatūros tikslams . 2D brėžiniai padeda paaiškinti apdirbimo atskaitos taškus.
Kitas žingsnis
Jei turite kolektoriaus dizainą ar panašų sudėtingą metalinį komponentą, išsiųskite STEP failą, kad gautumėte nemokamą dizainą-, kad galėtumėte peržiūrėti{1}}gamybą. Peržiūroje bus pažymėta kanalo išvalymo rizika, rekomenduota orientacija ir savarankiški -palaikantys koregavimai bei pateikiamas realus prototipo ir gamybos kiekių laikas ir kaina. Aiškūs atsiliepimai apie pagaminamumą yra greičiausias būdas pereiti nuo koncepcijos prie funkcinių metalinių dalių.