ช่องภายในสามารถเข้าไปในท่อร่วมไอดีที่พิมพ์ด้วยโลหะ 3D ได้น้อยแค่ไหน

วิศวกรมักจะมาพร้อมกับภาพวาดท่อร่วมไอดีแบบหล่อหรือแบบเชื่อม และมีคำถามเดียวกัน: เราจะทำให้นักวิ่งรัดแน่นขึ้น นุ่มนวลขึ้น และเบาลงโดยไม่ต้องปวดหัวจากการผลิตตามปกติได้หรือไม่ กระบวนการแบบเดิมๆ มาถึงขีดจำกัดอย่างหนักเมื่อเรขาคณิตเริ่มซับซ้อน แกนแตก เครื่องมือไม่สามารถเข้าถึงได้ และชิ้นส่วนหลายชิ้นทำให้เกิดเส้นทางการรั่วไหลเพิ่มเติม การผลิตสารเติมเนื้อโลหะเปลี่ยนแปลงสมการนั้น แต่ขีดจำกัดในทางปฏิบัติไม่ใช่สิ่งที่เลเซอร์จะสามารถแก้ไขได้ นี่คือสิ่งที่คุณสามารถขจัดฝุ่นผงและไว้วางใจได้ภายใต้สภาพเครื่องยนต์จริง

บทความนี้เน้นที่ขีดจำกัดดังกล่าว เราพิจารณาขนาดช่องสัญญาณขั้นต่ำที่สมจริงสำหรับท่อร่วมไอดีของการผลิต ตัวเลือกการออกแบบที่ทำให้ช่องสัญญาณขนาดเล็กสามารถทำงานได้ ประสิทธิภาพของวัสดุภายใต้ความร้อนและความดัน และวิธีการประเมินผู้ผลิตการพิมพ์ 3D โลหะสำหรับงานประเภทนี้

เหตุใดท่อร่วมไอดีจึงเหมาะกับการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะ

ท่อร่วมแบบหล่อทำให้รูปร่างของนักวิ่งและความหนาของผนังลดลง แบบเชื่อมจะเพิ่มรอยต่อและน้ำหนัก ทั้งสองวิธีต่อสู้กับคุณสมบัติที่ผสานรวมและพื้นผิวภายในที่สม่ำเสมอ

ฟิวชั่นเบดผงเลเซอร์สร้างท่อร่วมทั้งหมดเป็นชิ้นเดียว นักวิ่งสามารถเดินตามเส้นทางที่ต่อเนื่องและเหมาะสมที่สุด หัวเซนเซอร์ จุดยึด และหน้าแปลนกลายเป็นส่วนหนึ่งของตัวเครื่องเดียวกัน การลดน้ำหนักลง 20–40 % เป็นเรื่องปกติเมื่อผนังบางลงอย่างชาญฉลาด และวัสดุส่วนเกินถูกกำจัดออกโดยการเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยี การไหลเวียนของอากาศดีขึ้นเนื่องจากพื้นผิวภายในหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันตามแบบฉบับของการพิมพ์หลักหรือตะเข็บเชื่อม จำนวนชิ้นส่วนลดลง ซึ่งลดพิกัดความคลาดเคลื่อนที่เพิ่มขึ้น-และจุดรั่วที่อาจเกิดขึ้น

ผลลัพธ์เหล่านี้มีความสำคัญมากที่สุดใน-สมรรถนะสูง มอเตอร์สปอร์ต และการใช้งานที่มีปริมาณน้อย-ซึ่งมีบรรจุภัณฑ์ที่แน่นหนาและทุกกรัมมีความสำคัญ

ระบบสมัยใหม่สามารถแก้ไขคุณสมบัติต่างๆ ได้ถึงประมาณ 0.3–0.5 มม. บนผนังภายนอกหรือรูแนวตั้งธรรมดา ช่องทางภายในแตกต่างกัน ข้อจำกัดที่แท้จริงคือการขจัดผงและความน่าเชื่อถือในระยะยาว- ไม่ใช่ขนาดจุดเลเซอร์

ผู้ผลิตส่วนใหญ่และหลักเกณฑ์ที่เผยแพร่แล้วถือว่า 0.5–0.8 มม. เป็นเกณฑ์ขั้นต่ำที่ใช้งานได้จริงสำหรับช่องสัญญาณสั้น{2}}ที่มุ่งเน้นอย่างดี สำหรับตัวไหลเข้าของการผลิตที่บิดและหมุนผ่านชิ้นส่วน 1.0–1.5 มม. ถือเป็นจุดเริ่มต้นที่ปลอดภัยกว่า ช่องที่ต่ำกว่าประมาณ 0.75 มม. มักดักจับผง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออัตราส่วนภาพสูงหรือเส้นทางมีส่วนในแนวนอนด้วย การศึกษาพบว่าช่องไมโครที่ใช้งานได้มีขนาดเล็กเพียง 400–600 µm หลังจากการทำความสะอาดเชิงรุกหรือการกัดด้วยสารเคมี แต่ผลลัพธ์เหล่านั้นยังคงเป็นข้อยกเว้น แทนที่จะเป็นแนวทางปฏิบัติในการผลิตมาตรฐานสำหรับส่วนประกอบของเครื่องยนต์

ความสามารถของเครื่องพิมพ์เทียบกับความเป็นจริงในการทำความสะอาด

ช่องแนวตั้งชัดเจนได้ง่ายกว่าช่องแนวนอน นักวิ่งโค้งยาวจำเป็นต้องมีเส้นทางหลบหนีโดยเจตนา หากไม่มีสิ่งเหล่านี้ แม้แต่ช่อง-ที่พิมพ์อย่างดีขนาด 0.6 มม. ก็ยังอาจถูกบล็อกบางส่วนได้ ผงที่ตกค้างทำให้เกิดการจำกัดการไหลและความเสี่ยงที่อนุภาคจะเข้าสู่เครื่องยนต์ อากาศอัด การสั่นสะเทือน การทำความสะอาดอัลตราโซนิก และวิธีการทางเคมีเป็นครั้งคราวช่วยได้ แต่รูปทรงเรขาคณิตยังคงตัดสินความสำเร็จ การสแกน CT หรือการทดสอบโฟลว์-บทความแรกยังคงเป็นวิธีเดียวที่เชื่อถือได้ในการยืนยันว่าช่องต่างๆ เปิดอยู่อย่างแท้จริง

รูปร่างของช่องสัญญาณสร้างความแตกต่าง

ช่องกลมที่มีขนาดใหญ่กว่า 3-8 มม. มักต้องการส่วนรองรับภายในซึ่งแทบจะถอดออกจากรางวิ่งระยะไกลไม่ได้ โปรไฟล์ที่สนับสนุนตนเอง-ช่วยแก้ปัญหาส่วนใหญ่ได้:

หยดน้ำตา (หยดน้ำ-)

เพชรหรือรูปทรงวงรียาว

รูปสามเหลี่ยมหรือลบมุมที่มีมุม 45 องศาหรือชันจากแนวนอน

รูปร่างเหล่านี้ลดหรือกำจัดการรองรับภายในในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพของไฮดรอลิกให้เป็นที่ยอมรับ โดยทั่วไปแล้ว-พื้นผิวภายในที่สร้างขึ้นจะแสดงความหยาบในช่วง Ra 5–20 µm ซึ่งสูงกว่าในพื้นที่ที่หันหน้าไปทางด้านล่าง- การขัดแบบไหลหรือการขัดด้วยไฟฟ้าเคมีสามารถทำให้ส่วนสำคัญเรียบขึ้นได้ หากต้องลดแรงดันตกคร่อมให้เหลือน้อยที่สุด

กฎการออกแบบเชิงปฏิบัติที่ใช้ได้จริงในการผลิต:

ออกแบบตัวดำเนินการผลิตที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขั้นต่ำ 1.0 มม. หรือใหญ่กว่า เว้นแต่คุณจะผ่านการตรวจสอบกระบวนการทำความสะอาดและความยาวของช่องสัญญาณที่สั้นแล้ว

ใช้ส่วน-รองรับตนเอง-ในกรณีที่ช่องสัญญาณไม่อยู่ในแนวตั้ง

วางแนวโครงสร้างให้ช่องหลักลาดขึ้นด้านบน หรือมีทางออกที่ชัดเจนสำหรับผง

วางแผนคุณลักษณะการหลบหนีที่สามารถปิดผนึกหรือปิดด้วยเครื่องจักรได้ในภายหลัง

ตรวจสอบการขจัดผงด้วย CT หรือการทดสอบการไหลก่อนปล่อยการออกแบบเพื่อการผลิต

AlSi10Mg ยังคงเป็นโลหะผสมที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับท่อร่วมไอดีที่พิมพ์แบบ 3D ความหนาแน่นอยู่ที่ประมาณ 2.67 g/cm³ ความต้านทานแรงดึงหลังการคลายความเครียดหรือการบำบัดความร้อน โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 280 ถึง 460 MPa โลหะผสมสามารถทนต่ออุณหภูมิปานกลางได้ดี แต่สูญเสียความแข็งแรงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อสัมผัสกับแสงต่อเนื่องที่ 150–200 องศา นั่นทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีสำลักโดยธรรมชาติและมีการเสริมแรงปานกลางเมื่อพิจารณาถึงการจัดการระบายความร้อน เหล็กกล้าไร้สนิมหรือโลหะผสมนิกเกิลกลายเป็นตัวเลือกเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นโดยต้องเสียน้ำหนักเพิ่ม

ชิ้นส่วนที่ผ่านการประมวลผลอย่างเหมาะสมมีความหนาแน่นมากกว่า 99.5 % ความหนาของผนัง 0.8–1.2 มม. สำหรับส่วนรับน้ำหนัก- รวมกับการบรรเทาความเครียด ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเพียงพอสำหรับแรงดันไอดีทั่วไปและวงจรความร้อนในการทดสอบไดโนและ-ในเครื่องยนต์ ทั้งระบบ DMLS และ SLM สามารถให้ผลลัพธ์เหล่านี้ได้เมื่อผู้ผลิตรันพารามิเตอร์ที่ได้รับการตรวจสอบแล้วสำหรับโลหะผสม ความแตกต่างในทางปฏิบัติมักจะอยู่ที่ความสามารถของเครื่องจักร ความลึกของการประมวลผลหลัง- และการควบคุมกระบวนการมากกว่าในฉลากประวัติของเทคโนโลยี

ลูกค้าที่มีสมรรถนะต้องการ-การเปลี่ยนชิ้นเดียวสำหรับ-การหล่อหลายชิ้น-และ-ท่อร่วมเชื่อม เป้าหมายประกอบด้วยการลดน้ำหนักอย่างน้อย 25 % รูปทรงของนักวิ่งต่อเนื่องที่ปราศจากการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน และความเข้ากันได้กับบรรจุภัณฑ์ที่มีอยู่ภายใต้การเสริมระดับปานกลาง

ความเสี่ยงหลักคือการดักจับผงในตัววิ่งที่ซับซ้อนและการรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างหลังการหมุนเวียนความร้อน การออกแบบนี้ได้แปลงส่วนวงกลมที่สำคัญเป็นโปรไฟล์รูปหยดน้ำ ปรับการวางแนวให้เหมาะสมสำหรับเส้นทางที่รองรับตนเอง- และเพิ่มพอร์ตหลบหนีชั่วคราวซึ่งถูกปิดในภายหลัง ชิ้นส่วนถูกสร้างขึ้นใน AlSi10Mg บนระบบเลเซอร์หลาย- ลดความเครียด- กลึง CNC -บนผิวหน้าซีลและพอร์ต จากนั้นจึงปิดท้ายด้วยการไหลแบบเสียดสีบนรันเนอร์ การตรวจ CT ยืนยันช่องทางที่ชัดเจน ท่อร่วมที่เสร็จแล้วทำให้น้ำหนักลดลง 28 % และตัวเลขการไหลเวียนของอากาศดีขึ้น ผ่านการทดสอบแรงดันและการตรวจสอบไดโนโดยไม่มีการรั่วไหลหรือปัญหาด้านโครงสร้าง ตั้งแต่การออกแบบที่ได้รับอนุมัติไปจนถึงหน่วยการทำงานแรกใช้เวลาไม่เกินสามสัปดาห์

ลำดับ-การปรับรูปทรงเรขาคณิตเพื่อความสะอาด การควบคุม-หลังการประมวลผล และการตรวจสอบ- เป็นรูปแบบที่ทำงานอย่างสม่ำเสมอ

เทคโนโลยีเดียวกัน อุตสาหกรรมที่แตกต่าง

การผสมผสานที่เหมือนกันของการผสมผสานระหว่างผงเลเซอร์เบดและการตกแต่ง CNC ที่มีความแม่นยำซึ่งใช้สำหรับท่อร่วมไอดีก็ปรากฏในงานทางการแพทย์เช่นกัน การปลูกถ่ายทางการแพทย์ที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติของโลหะผสมไททาเนียมอาศัยความสามารถในการสร้างพื้นผิวที่มีรูพรุนที่ควบคุมได้สำหรับการบูรณาการของกระดูก ในขณะเดียวกันก็รักษาระดับความคลาดเคลื่อนภายนอกที่แน่นหนา ผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ที่กลึง CNC อย่างแม่นยำมักเริ่มต้นที่รูปร่างเพิ่มเติม-สุทธิ และปิดท้ายด้วยกลยุทธ์การตัดเฉือนแบบไฮบริดแบบเดียวกับที่ใช้กับใบหน้าซีลท่อร่วมและคุณลักษณะการติดตั้ง ประมวลผลความรู้เกี่ยวกับการจัดการผง ความเค้นตกค้าง และ-การถ่ายโอนหลังการตัดเฉือนโดยตรง

โรงงานการพิมพ์ 3D โลหะบางแห่งไม่สามารถจัดการช่องภายในได้ดีพอๆ กัน มุ่งเน้นไปที่ประเด็นเหล่านี้:

ความสามารถที่ได้รับการพิสูจน์แล้วในการสร้างและเคลียร์ช่องภายในที่ซับซ้อน ไม่ใช่แค่รูปทรงภายนอกที่เรียบง่าย

ชุดพารามิเตอร์ที่ผ่านการตรวจสอบและการรับรองวัสดุสำหรับ AlSi10Mg หรือโลหะผสมที่คุณเลือก

การประมวลผลใน-ในบ้านหรือหลัง-ที่มีการควบคุมอย่างเข้มงวด: การบรรเทาความเครียด การอบชุบด้วยความร้อน การตัดเฉือน CNC และการตกแต่งพื้นผิวภายใน

วิธีการตรวจสอบที่สามารถตรวจสอบความสะอาดของช่องได้จริง (CT, การทดสอบการไหล หรือเทียบเท่า)

ประสบการณ์ในการเปลี่ยนจากต้นแบบไปสู่ปริมาณน้อย-เป็นชุดหรือขายส่งโดยไม่มีการเบี่ยงเบนด้านคุณภาพ

ความเต็มใจที่จะให้ความคิดเห็น DFM ที่เป็นรูปธรรมเกี่ยวกับขนาดช่อง การวางแนว และรูปทรงที่รองรับตัวเอง- แทนที่จะเป็นคำพูดทั่วไป

ผู้ผลิตที่สามารถหารือเกี่ยวกับกลยุทธ์การกำจัดผง-และการตกแต่งแบบไฮบริดในทางปฏิบัติมีแนวโน้มที่จะส่งมอบชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยโลหะ 3 มิติแบบกำหนดเองที่เชื่อถือได้มากกว่า

หากคุณมีการออกแบบที่หลากหลายหรือส่วนประกอบโลหะที่ซับซ้อนที่คล้ายกัน ให้ส่งไฟล์ STEP เพื่อรับการออกแบบฟรี-เพื่อ-ตรวจสอบความสามารถในการผลิต การตรวจสอบจะระบุถึงความเสี่ยงในการทำความสะอาดช่องสัญญาณ แนะนำการวางแนวและการปรับเปลี่ยนด้วยตนเอง- และให้ลำดับเวลาและต้นทุนที่สมจริงสำหรับทั้งปริมาณต้นแบบและปริมาณการผลิต ความคิดเห็นที่ชัดเจนเกี่ยวกับความสามารถในการผลิตเป็นวิธีที่เร็วที่สุดในการเปลี่ยนจากแนวคิดไปสู่ชิ้นส่วนโลหะที่ใช้งานได้