จะหลีกเลี่ยงการเสียรูปของชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ด้วย 3D ได้อย่างไร

ประการแรก ขั้นตอนการออกแบบ: การเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยีโดยใช้การจำลองความเครียด
1. จำลองการกระจายตัวของความเครียดและสร้างโครงสร้างใหม่
บริษัทที่ผลิตใบพัดกังหันสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศใช้ซอฟต์แวร์ Simufact Additive เพื่อรันการจำลองการเชื่อมต่อเชิงกลด้วยความร้อน พวกเขาสังเกตเห็นว่าการออกแบบทั่วไปแสดงความเข้มข้นของความเครียดในเขตการเปลี่ยนผ่านของรากใบมีด การเปลี่ยนการเปลี่ยนมุมขวาเป็นการเปลี่ยนมุมโค้งมนด้วยรัศมี 5 มม. และเติมพื้นที่ที่ไม่ได้รับความเครียดด้วยโครงสร้างขัดแตะจะช่วยลดความเครียดสูงสุดจาก 420MPa เป็น 280MPa และทำให้การพิมพ์เสียรูปลง 62% สถานการณ์นี้แสดงให้เห็นว่าการปรับโครงสร้างโทโพโลยีให้เหมาะสมตามการจำลองสามารถค้นหาจุดความเครียดสูง-ล่วงหน้าได้ และทำให้การกระจายความเครียดทำได้แม้จะเปลี่ยนโครงสร้างก็ตาม
2. การออกแบบโครงสร้างที่ชาญฉลาดเพื่อรองรับ
สูตรเชิงประจักษ์ถูกนำมาใช้ในการออกแบบส่วนรองรับแบบดั้งเดิม ซึ่งอาจทำให้เกิดความร้อนสะสมในบริเวณเดียวได้ง่าย ซอฟต์แวร์ VoxelDance Engineering ของ Manga Technology ใช้เทคโนโลยีการชดเชยการเปลี่ยนรูปด้วยการสแกนเพื่อสร้างโครงสร้างรองรับที่เหมาะกับรูปร่างของชิ้นส่วนโดยอัตโนมัติ วิธีการนี้ช่วยเพิ่มความหนาแน่นของการกระจายตัวรองรับในขณะที่พิมพ์ด้ามจับข้อต่อเทียมในบริษัทอุปกรณ์ทางการแพทย์ โดยจะลดความลึกของความเสียหายที่พื้นผิวที่เกิดจากการถอดส่วนรองรับออกหลังจากการเผาผนึกจาก 0.3 มม. เหลือ 0.05 มม. และลดปริมาณวัสดุรองรับที่ต้องการลง 30%
3. การสร้างแบบจำลองสำหรับการชดเชยการเสียรูปก่อน-
สำหรับตัววาล์วไฮดรอลิกสำหรับการบินที่ต้องการความแม่นยำไม่เกิน ± 0.02 มม. บริษัท Platinum Technology จะใช้กระบวนการวงปิด-ที่เรียกว่า "การชดเชยการสแกนการพิมพ์" ในกระบวนการนี้ โมเดลดั้งเดิมจะพิมพ์ด้วยสแตนเลส 316L และเครื่องสแกน 3D ATOS Triple Scan จะได้รับข้อมูลการเสียรูปตามจริง จากนั้นข้อมูลนี้จะถูกนำมาใช้เพื่อสร้างโมเดลการเปลี่ยนรูปก่อน-ย้อนกลับในซอฟต์แวร์ Magics หลังจากแก้ไขสองรอบ ค่าเผื่อมิติที่สำคัญของชิ้นส่วนก็เปลี่ยนจาก ± 0.15 มม. เป็น ± 0.03 มม. ซึ่งเป็นสิ่งที่มาตรฐานการบินต้องการ
2 ขั้นตอนกระบวนการ: การควบคุมการทำงานร่วมกันของพารามิเตอร์หลายตัว
1. การเปลี่ยนการตั้งค่าของเลเซอร์ได้ทันที
อุปกรณ์ Huashu High Tech FS200M เปลี่ยนกำลังเลเซอร์และความเร็วในการสแกนแบบไดนามิกในขณะที่พิมพ์ห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์บางรุ่นโดยจับตาดูสนามอุณหภูมิของสระหลอมเหลวแบบเรียลไทม์ ในพื้นที่ความหนาของผนัง 3 มม. มีการใช้พารามิเตอร์ 800W/1200 มม./วินาที และในพื้นที่ความหนาของผนัง 0.8 มม. มีการใช้พารามิเตอร์ 600W/800 มม./วินาที การปรับพารามิเตอร์พาร์ติชันนี้จะช่วยลดการป้อนความร้อนในส่วนที่มีผนังบาง-ลง 40% และลดความเค้นตกค้างลง 55% นอกจากนี้ยังแก้ไขปัญหาการเสียรูปจากการเผาผนึกในโครงสร้างคานยื่นขนาด 0.5 มม.
2. ปรับปรุงขั้นตอนการลงแป้ง
อุปกรณ์ EOS M 400-4 ใช้เทคโนโลยีการกระจายสีฝุ่นแบบปรับได้เพื่อจัดการกับผลกระทบของความหนาของชั้นผงต่อการเสียรูป โดยจะรักษาความหนาของชั้นไว้ที่ 40 μm ในพื้นที่รองรับ และเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกเป็น 25 μm ในพื้นที่ผิวรูปแบบอิสระ- ข้อมูลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าวิธีการนี้จะลดการเยื้องศูนย์ระหว่างชั้นของชิ้นส่วนที่มีผนังบางจาก 0.12 มม. เป็น 0.03 มม. และเพิ่มค่าความหยาบของพื้นผิว Ra จาก 12.5 μm เป็น 6.3 μm
3. การควบคุมบรรยากาศด้วยก๊าซเฉื่อย
อุปกรณ์ Platinum BLT-S800 รักษาระดับอากาศและความชื้นต่ำมาก (น้อยกว่า 10% RH และ 50 ppm) ขณะพิมพ์การปลูกถ่ายกระดูกเทียมโลหะผสมไทเทเนียม ซึ่งทำได้โดยใช้ระบบควบคุมลูปปิด- การทดลองที่เปรียบเทียบสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันแสดงให้เห็นว่าการทดลองนี้สามารถลดอัตราการออกซิเดชันของผงจาก 0.8% เป็น 0.15% ซึ่งจะช่วยแก้ปัญหาฟิล์มออกไซด์ที่ทำให้ชั้นต่างๆ เชื่อมต่อได้ยาก และทำให้ชิ้นส่วนแข็งแรงขึ้น 18%
3,ขั้นตอนหลังการประมวลผล-คือเมื่อข้อบกพร่องได้รับการแก้ไขและปรับปรุงประสิทธิภาพ
1. การบำบัดด้วยการเพิ่มความหนาแน่นของไอโซสแตติกเพรสซิ่ง (HIP)
ธุรกิจเครื่องยนต์การบินแห่งหนึ่งใช้อุปกรณ์กดไอโซสแตติกแบบร้อน QIH-15 ลิตรเพื่อทำงานกับชิ้นส่วนโลหะผสมอุณหภูมิสูง Inconel 718 การรักษาชิ้นส่วนที่อุณหภูมิ 1200 องศา /150MPa เป็นเวลา 4 ชั่วโมง ทำให้ชิ้นส่วนมีความหนาแน่นมากขึ้น (จาก 99.2% ถึง 99.98%) และมีรูพรุนน้อยลง (จาก 0.3% ถึง 0.002%) อายุความล้าของชิ้นส่วนที่ผ่านการแปรรูปยาวนานขึ้นสามเท่า และข้อบกพร่องรอยแตกขนาดเล็กที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเผาผนึกก็หายไปโดยสิ้นเชิง
2. กระบวนการบำบัดความร้อนแบบไล่ระดับ
สำหรับตัววาล์วไฮดรอลิกสแตนเลส 316L ให้ทำกระบวนการอบร้อนสาม-ขั้นตอน: การอบอ่อนด้วยความเครียดที่ 550 องศาเป็นเวลา 2 ชั่วโมง การบำบัดด้วยสารละลายที่ 1050 องศา เป็นเวลา 1 ชั่วโมง และการบำบัดด้วยริ้วรอยที่ 480 องศาเป็นเวลา 4 ชั่วโมง ขั้นตอนนี้ทำให้ชิ้นส่วนมีความแข็งขึ้น โดยเปลี่ยนจาก 180HV เป็น 280HV และลดความเค้นตกค้างจาก 320MPa เป็น 80MPa ซึ่งจะช่วยแก้ไขปัญหาการดีดกลับของมิติหลังการตัดเฉือน
3. เทคโนโลยีการลบการสนับสนุนอัจฉริยะ
บนอุปกรณ์ DMG MORI LASERTEC 65 3D นั้น มีการใช้เครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์แบบเชื่อมต่อห้าแกนเพื่อถอดส่วนรองรับ: แรงตัดจะถูกตรวจสอบแบบเรียลไทม์ผ่านระบบควบคุมแรง และอัตราการป้อนจะถูกปรับโดยอัตโนมัติ การทดสอบแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีนี้ทำให้ถอดส่วนรองรับออกได้ง่ายขึ้น 40% และรักษาความลึกของความเสียหายที่พื้นผิวให้อยู่ภายใน 0.02 มม. ซึ่งเป็นสิ่งที่ชิ้นส่วนการบินจำเป็นต้องอยู่ในสภาพสมบูรณ์