Kaip kontroliuoti sienelės storį 3D spausdinant EV variklio korpusus iš metalo?

Mėginiai dažnai grįžta su nelygiomis sienomis. Šiluma neišsisklaido tolygiai, svyruoja surinkimo matmenys, o svorio tikslas nepasiekiamas. Šios problemos dažniausiai kyla dėl prastos kontrolėsmetalo 3D spausdinimo sienelės storis. Šiame straipsnyje aprašoma, kaip projektuoti, spausdinti ir patikrinti sienelių storį, kad elektromobilių variklių korpusai atitiktų ir našumo, ir gamybos reikalavimus.

Sienelės storis turi įtakos keturioms pagrindinėms sritims:

Šilumos išsklaidymas – nelygios sienos sukuria karštus taškus ir sumažina aušinimo efektyvumą.

Svoris – lengvesni korpusai padidina diapazoną; transporto priemonės svorio sumažėjimas 10 % paprastai pagerina energijos vartojimo efektyvumą maždaug 6–8 %.

Stiprumas ir standumas – korpusas turi atlaikyti sukimo momentą ir apsaugoti vidines dalis.

Sandarinimas ir surinkimas – dėl vienodo storio montavimo paviršiai ir sandarinimo paviršiai yra toleruojami.

Kadangi vis daugiau EV programų pradeda gaminti priedus, sėkmingas EV variklio korpuso 3D spausdinimas labai priklauso nuo sienelės storio nuo pat pradžių. Prasta kontrolėmetalo 3D spausdinimo sienelės storisyra viena iš dažniausiai pasitaikančių priežasčių, kodėl prototipai nepavyksta atlikti funkcinių bandymų.

Praktinis minimumas priklauso nuo medžiagos, geometrijos ir nuo to, ar siena palaikoma.

Tipiški patikimi lazerinio miltelių sluoksnio suliejimo diapazonai:

AlSi10Mg: 0,8–1,2 mm konstrukcinėms sienoms

Nerūdijantis plienas (316L / 17-4PH): 0,5–0,8 mm

Titanas (Ti-6Al-4V): 0,6–1,0 mm

Plonesnės sienos kartais galimos ant mažų, ne{0}}struktūrinių elementų, tačiau dėl jų kyla deformacijos, nepilno susiliejimo arba šiurkščių paviršių rizika. Daugumos plonasienių metalinių 3D spausdintų dalių atveju saugiau likti aukštesnėje šių diapazonų dalyje. Absoliutus minimalus sienelės storis metaliniam 3D spausdinimui idealiomis sąlygomis gali siekti 0,3–0,4 mm, tačiau šis skaičius retai tinka apkrovą{7}}laikančioms variklio korpuso sienoms.

Miltelių sluoksnio suliejimas prieš kitus procesus

Miltelinio sluoksnio lydymas siūlo geriausią skiriamąją gebą ir mažiausią praktinį minimalų sienelės storį metalo 3D spausdinimui. Kiti procesai, tokie kaip nukreiptas energijos nusodinimas arba rišiklio purškimas, paprastai reikalauja storesnių sienelių. Todėl dauguma elektromobilių variklių korpuso darbų atliekami naudojant miltelių sluoksnį.

Tipiškos problemos apima:

Iškrypimas pašalinus atramą

Neatremtų sienų įdubę arba įgriuvę kraštai

Miltelių perteklius prilipo prie plonų vertikalių paviršių

Vietinis perkaitimas, dėl kurio susidaro šiurkščios arba porėtos zonos

Storio kitimas, kurį sukelia šiluminiai gradientai

Lazeris itin greitai įkaitina ir atvėsina metalą. Medžiaga bando plėstis ir trauktis, tačiau ją sulaiko aplinkinis tvirtas metalas ir konstrukcijos plokštė. Plonoms sienoms trūksta standumo, todėl liekamasis įtempimas jas lengvai sulenkia arba susuka. Aliuminis yra ypač jautrus dėl didelio šiluminio plėtimosi; titanas gali perkaisti, nes šiluma greitai nepasišalina. Orientacija, palaikymo strategija ir streso{4}}terminis apdorojimas yra pagrindiniai būdai, kaip sumažinti šią riziką.

Projektavimo etapas
Laipsniški storio perėjimai. Pridėkite šonkaulių ten, kur reikia papildomo standumo. Naudokite užapvalintus kampus, o ne aštrius. Didelės nepalaikomos plonos dalys beveik visada sukelia problemų.

Sukurkite orientaciją ir atramas
Kritiškai svarbias plonas sienas nukreipkite kuo vertikaliai. Padėkite atramas ten, kur jas būtų galima švariai nuimti. Savaime laikantys-kampai sumažina reikalingos atramos kiekį.

Proceso parametrai
Lazerio galia, nuskaitymo greitis ir liuko modelis turi atitikti sienelės storį ir medžiagą. Plonoms sienoms paprastai reikia mažiau energijos, kad būtų išvengta perkaitimo.

Pašto{0}}apdorojimas
Stresą{0}}malšinantis terminis apdorojimas beveik visada reikalingas. Palikite apdirbimo medžiagas ant sandarinimo ir montavimo paviršių, kad būtų galima pakoreguoti galutinius matmenis po terminio apdorojimo ir atramos pašalinimo.

Apžiūra
Naudokite kompiuterinę tomografiją vidinėms savybėms, CMM išoriniams matmenims ir tiesioginiams storio matavimams keliuose taškuose. Patikrinkite ir vidutinį storį, ir vietinius skirtumus.

Klientui reikėjo aliuminio EV variklio korpuso su agresyviais svorio tikslais ir vidiniais aušinimo kanalais. Pirmajame projekte buvo kelios sienos iki 0,8 mm ir staigūs storio pokyčiai.

Metalo 3D spausdinimo gamintojas peržiūrėjo modelį, pakėlė kritines sienas iki 1,0–1,2 mm, pridėjo vietinių briaunų ir pakoregavo konstrukcijos orientaciją. Pirmosios-straipsnio dalys buvo atspausdintos naudojant AlSi10Mg, pašalintos įtempimas- ir užbaigtos-apdirbtos mechaniniu būdu ant pagrindinių paviršių. Sienelės storis kritinėse dalyse neviršijo ± 0, 12 mm, o korpusas atitiko svorio ir šiluminius tikslus. 18 vienetų bandomasis važiavimas buvo pristatytas pagal grafiką su išsamiomis patikrinimo ataskaitomis. Darbas su galinga metalo 3D spausdinimo gamykla, kuri supranta metalo 3D spausdinimo sienelių storio elgesį, rizikingą dizainą pavertė pakartojamu procesu.

Koks yra jūsų įrodytas minimalus AlSi10Mg, nerūdijančio plieno ir titano sienelių storis panašaus dydžio dalyse?

Ar galite bendrinti naujausius CMM arba CT duomenis iš plonasienių{0}}užduočių?

Kaip sprendžiate streso mažinimą ir atramos pašalinimą sudėtinguose korpusuose?

Kokias apdirbimo medžiagas rekomenduojate paviršiams sandarinti ir montuoti?

Ar palaikote tiek prototipų kiekius, tiek didmeninę prekybą metalinėmis 3D spausdintomis dalimis?

Šie klausimai padeda nuspręsti, ar pasirinktinio metalinio 3D spausdinimo variklio korpuso tiekėjas turi realios patirties valdant metalinio 3D spausdinimo sienelės storį.

Patikimi plonos{0}}sienos rezultatai gaunami disciplinuotai kontroliuojant procesą, o ne siekiant mažiausio teorinio storio. Komandos, derinančios patikimas dizaino taisykles su patyrusiu parametrų derinimu ir tinkamu tolesniu{2}}apdorojimu, nuosekliai pasiekia geresnį matmenų stabilumą ir didesnį derlių.