ทำอย่างไรจึงจะได้การประกอบที่มีความแม่นยำสูง-หลังจากการพิมพ์โลหะ 3 มิติ

1. การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ: หยุดข้อผิดพลาดในการประกอบก่อนที่จะเกิดขึ้น
การชดเชยแบบไดนามิกและการกระจายพิกัดความเผื่อ
ขึ้นอยู่กับลักษณะของกระบวนการพิมพ์ (เช่น ความแม่นยำ SLM ± 0.05 มม. และ EBM ± 0.1 มม.) ให้เหลือพื้นที่ไว้สำหรับเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนในการประกอบในขั้นตอนโมเดล 3 มิติ ตัวอย่างเช่น พื้นผิวที่ใบพัดกังหันและจานของเครื่องยนต์เครื่องบินมาบรรจบกันจะต้องอยู่ภายในค่าความคลาดเคลื่อน ± 0.02 มม. สามารถใช้ฟังก์ชัน "การขยายแนวนอน" เพื่อชดเชยการหดตัวของวัสดุในระหว่างการพิมพ์ (เช่น อัตราการหดตัวของโลหะผสมไทเทเนียมอยู่ที่ประมาณ 0.8%) ซอฟต์แวร์จำลองทางวิศวกรรม VoxelDance ช่วยให้บริษัท Guangzhou Ruitong Additive Manufacturing Company ปรับปรุงการชดเชยการเสียรูปของรากฟันเทียมได้ ส่งผลให้ความผิดปกติของวงแหวนกำหนดตำแหน่งลดลงจาก 0.3 มม. เหลือเพียง 0.1 มม. ซึ่งแก้ไขปัญหาความแม่นยำในการประกอบ
อินเทอร์เฟซมาตรฐานและการออกแบบโมดูลาร์
การใช้วิธีการเชื่อมต่อแบบเดิมๆ เช่น การเชื่อมต่ออินเทอร์เฟซ USB และโครงสร้างร่องและเดือยแบบเลโก้- เพื่อให้การประกอบง่ายขึ้น ตัวอย่างเช่น โมเดลการแข่งรถ OpenRC F1 มีอินเทอร์เฟซที่ได้มาตรฐานซึ่งทำให้ผู้ใช้สามารถเปลี่ยนชิ้นส่วน เช่น ยางและครีบหางได้ง่าย สำหรับโครงสร้างที่ซับซ้อน สามารถแบ่งออกเป็นส่วนย่อยๆ แยกกัน (เช่น ข้อต่อ ตัวต่อ และเปลือกของแขนหุ่นยนต์) ซึ่งสามารถพิมพ์และประกอบแยกกันได้อย่างอิสระ ทำให้ง่ายต่อการแก้ไขและอัปเกรดในภายหลัง
สนับสนุนการเพิ่มประสิทธิภาพและ-การประกบการพิมพ์แบบคว่ำหน้า
ใช้พื้นผิวที่ต้องประกบเป็นฐานการพิมพ์ และใช้ความเรียบของชั้นแรกเพื่อทำให้การประกบมีความแม่นยำมากขึ้น ตัวอย่างเช่น เมื่อพิมพ์แบบจำลองครึ่งวงกลม-สองแบบ การคว่ำหน้าลงอาจทำให้การเย็บได้รับผลกระทบน้อยลงจากการซ้อนชั้น การลดพื้นที่สัมผัสด้วยการรองรับโครงตาข่ายหรือทรงกรวยทำให้ง่ายต่อการถอดออกในภายหลัง ตัวอย่างเช่น สินค้าที่ทำจากสแตนเลส 316L ใช้เทคนิคการสแกนกระดานหมากรุกและการสแกนออฟเซ็ตคอนทัวร์เพื่อทำให้พื้นผิวมีความหยาบน้อยลง ตั้งแต่ Ra12 μm ถึง Ra3.2 μm
2. การควบคุมกระบวนการ: การจัดการการตั้งค่าการพิมพ์ที่แม่นยำ
การเพิ่มประสิทธิภาพความหนาแน่นของพลังงาน
คุณสามารถควบคุมรูปร่างของพูลหลอมเหลวได้โดยการเปลี่ยนกำลังเลเซอร์ ความเร็วในการสแกน และความหนาของชั้น วิธีนี้สามารถช่วยป้องกันปัญหาต่างๆ เช่น การทำให้เป็นทรงกลมและการหลอมรวมที่ไม่สมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น ความหนาแน่นพลังงานของโลหะผสมไทเทเนียม Ti6Al4V จะต้องอยู่ระหว่าง 60 ถึง 120 J/mm³ หากกำลังต่ำเกินไปหรือความเร็วเร็วเกินไป แรงยึดเกาะระหว่างชั้นอาจไม่แข็งแรงพอ หากความหนาแน่นของพลังงานสูงเกินไป อาจทำให้เกิดการแตกร้าวจากความเครียดจากความร้อนได้
รักษาอากาศให้สะอาดและอุณหภูมิที่เหมาะสม
เพื่อป้องกันไม่ให้โลหะออกซิไดซ์ จึงมีการเติมอาร์กอนหรือก๊าซไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง- (ที่มีระดับออกซิเจนน้อยกว่า 0.1%) ในทุกขั้นตอน ตัวอย่างเช่น การอุ่นวัสดุพิมพ์ไว้ที่ 150–200 องศาก่อนพิมพ์อะลูมิเนียมอัลลอยด์ AlSi10Mg จะช่วยลดความเครียดจากความร้อนและหยุดการบิดเบี้ยว นอกจากนี้ การใช้เทคโนโลยีการสแกนร่วมด้วยลำแสงหลาย-อาจกระจายความร้อนที่ป้อนเข้ามาอย่างสม่ำเสมอและลดความเค้นตกค้าง
การตรวจสอบออนไลน์และการให้ข้อเสนอแนะในวงปิด
ใช้เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรด กล้องหลอมละลาย และเซ็นเซอร์อื่นๆ เพื่อจับตาดูสนามอุณหภูมิและรูปร่างของหลอมเหลวแบบเรียลไทม์ขณะพิมพ์ ตัวอย่างเช่น บริษัทแห่งหนึ่งใช้อัลกอริธึม AI เพื่อดูการเปลี่ยนแปลงความกว้างของพูลหลอมเหลว ปรับกำลังเลเซอร์โดยอัตโนมัติ และลดความพรุนจาก 0.5% เหลือน้อยกว่า 0.1% ซึ่งจะเพิ่มความหนาแน่นของวัสดุอย่างมาก
3. เทคโนโลยีหลังการประมวลผล-: ทำให้พื้นผิวดีขึ้นและคงรูปร่างไว้
การอบชุบด้วยความร้อนช่วยขจัดความเครียดภายในวัสดุ
การหลอม เช่นเดียวกับการให้ความร้อนโลหะผสมไททาเนียมในอาร์กอนที่ 800 องศาเป็นเวลาสองชั่วโมง สามารถกำจัดความตึงที่ตกค้างซึ่งสะสมระหว่างการพิมพ์ และหยุดการบิดเบือนระหว่างการประกอบ การชุบแข็งและการแบ่งเบาบรรเทาสามารถใช้เพื่อทำให้ชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงสูง-แข็งขึ้นเรื่อยๆ ตัวอย่างชิ้นส่วนโลหะผสมอุณหภูมิสูงที่มีนิกเกิล-เป็น-ซึ่งผ่านการกดด้วยแรงไอโซสแตติกแบบร้อน (HIP) ความหนาแน่นของพวกมันเกือบ 100% และความล้าของพวกมันเพิ่มขึ้นมากกว่า 30%
การตัดเฉือนที่แม่นยำและการรักษาพื้นผิวทำได้โดยเครื่องจักร
การตัดเฉือน CNC: สำหรับพื้นผิวที่ใช้งาน เช่น พื้นผิวประกบตลับลูกปืน ให้เว้นระยะห่าง 0.1–0.3 มม. ใช้เครื่องมือเครื่อง CNC แบบเชื่อมต่อห้า-แกนเพื่อให้ได้ข้อกำหนดที่แม่นยำสำหรับความเรียบ 0.02 มม. และความหยาบ Ra3.2
การขัดด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการที่ใช้หลักการไฟฟ้าเคมีเพื่อกำจัดการกระแทกเล็กๆ บนพื้นผิวของชิ้นส่วนโลหะผสมอะลูมิเนียม ซึ่งจะช่วยลดความหยาบของพื้นผิวจาก Ra6 μ m เหลือ Ra0.2 μ m และสร้างชั้นฟิล์มที่ทำให้ชิ้นส่วนทนทานต่อการกัดกร่อนมากขึ้น
การใช้ Al ₂ O3 หรือเม็ดแก้วตีพื้นผิวด้วยความเร็วสูง การพ่นทรายจะกำจัดผงที่เหลือและทำให้พื้นผิวดูสม่ำเสมอมากขึ้น ตัวอย่างเช่น บริษัทแห่งหนึ่งใช้การพ่นทรายเพื่อปรับความหยาบพื้นผิวของรากฟันเทียมโลหะผสมไทเทเนียมที่พิมพ์แบบ 3 มิติ-เป็น Ra1.6 μm ซึ่งช่วยให้เซลล์กระดูกเกาะติดกับพวกมันได้
การชดเชยการเสียรูปขับเคลื่อนโดยการจำลอง
คุณสามารถใช้ซอฟต์แวร์ เช่น VoxelDance Engineering เพื่อจำลองกระบวนการพิมพ์ทั้งหมด คาดเดาว่าสิ่งต่างๆ จะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร และสร้างแบบจำลองสำหรับการชดเชย ตัวอย่างเช่น บริษัทเฉพาะแห่งหนึ่งได้ตัดการเสียรูปของชิ้นส่วนหลังจากการปรับการจำลองจาก 0.5 มม. เป็น 0.05 มม. สำหรับหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์การบิน และทำให้ระยะห่างในการประกอบเพิ่มมากขึ้นถึง 80%
4. วางแผนการรวบรวมสิ่งต่าง ๆ : ตรวจสอบให้แน่ใจว่าทุกอย่างถูกต้องเป็นประจำ
แท่นสำหรับประกอบสิ่งของที่มีความแข็งมาก
การใช้พื้นฐานที่มีความแข็งแกร่งสูง- ระบบส่งกำลังและนำทางที่แม่นยำ และการออกแบบที่บูรณาการเพื่อลดผลกระทบของการเสียรูปของอุปกรณ์ต่อความเป็นแกนร่วมของการประกอบ ตัวอย่างเช่น ในสายการประกอบสำหรับมอเตอร์หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ การออกแบบการปรับให้เข้ากับสิ่งแวดล้อม (เช่น การรักษาอุณหภูมิให้สม่ำเสมอ) ถูกนำมาใช้เพื่อลดจำนวนข้อผิดพลาดของระบบ
การประกอบสำหรับการวางตำแหน่งด้วยสายตาและการควบคุมแรง
เพิ่มระบบการมองเห็นที่มีความแม่นยำสูง-เพื่อค้นหาตำแหน่งและทิศทางของชิ้นส่วนที่สำคัญ เช่น สเตเตอร์และโรเตอร์ และชดเชยข้อผิดพลาดใดๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างการประกอบ ในเวลาเดียวกัน เซ็นเซอร์ควบคุมแรงในตัวจะถูกติดตั้งไว้ที่ส่วนท้ายเพื่อจับตาดูการเปลี่ยนแปลงของแรงและแรงบิดแบบเรียลไทม์ในหลายทิศทาง ทำให้ "การแทรกแบบยืดหยุ่น" เป็นไปได้ ตัวอย่างเช่น บริษัทหนึ่งใช้เทคโนโลยีควบคุมแรงเพื่อป้องกันไม่ให้ชุดมอเตอร์และแรงกดเปลี่ยนแปลงมากกว่า ± 5N ซึ่งจะทำให้ตลับลูกปืนไม่แตกหัก
ผลตอบรับในวงปิดและความสามารถในการติดตามข้อมูล
รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับความดัน การกระจัด แรงบิด และปัจจัยอื่นๆ แบบเรียลไทม์ระหว่างกระบวนการประกอบ และเปรียบเทียบกับกรอบเวลากระบวนการที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ระบบจะส่งสัญญาณเตือนโดยอัตโนมัติหรือดำเนินการหากมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้น ตัวอย่างเช่น บริษัทแห่งหนึ่งจัดทำบันทึกกระบวนการประกอบแยกต่างหากสำหรับมอเตอร์หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์แต่ละตัว ให้การควบคุมกระบวนการทางสถิติ (SPC) และการตรวจสอบย้อนกลับคุณภาพ และทำให้ความสอดคล้องของแบทช์ดีกว่า 99.9%
5. กรณีอุตสาหกรรมและแนวโน้มที่น่าจับตามอง
สาขาการบินและอวกาศ
GE Aviation ใช้เทคโนโลยี SLM ในการพิมพ์หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ LEAP ซึ่งรวม 20 ชิ้นเป็นชิ้นเดียว ทำให้เบาขึ้น 25% และใช้งานได้นานกว่า 5 เท่า ด้วยการควบคุมการรวมการปรับพารามิเตอร์การพิมพ์ให้เหมาะสมและการตัดเฉือน CNC ด้วยความแม่นยำ ความแม่นยำในการประกอบคือ ± 0.01 มม.
สาขาการปลูกถ่ายทางการแพทย์
Johnson&Johnson DePuy Synthes ใช้ถ้วยอะซิตาบูลโลหะผสมไททาเนียมที่พิมพ์แบบ 3 มิติ เพื่อรักษาพื้นผิวเรียบให้ต่ำกว่า Ra0.8 μm โดยใช้การขัดด้วยไฟฟ้า เมื่อรวมกับการออกแบบโครงสร้างที่มีรูพรุนแล้ว จะช่วยเร่งการพัฒนากระดูกได้ถึง 40%