อะไรคือปัญหาที่พบบ่อยใน-การพิมพ์โลหะ 3 มิติหลังการประมวลผล?

1. การควบคุมความหยาบของพื้นผิว: เปลี่ยนจาก "ว่าง" เป็น "ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป"
เนื่องจากการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะจะสร้างสิ่งต่าง ๆ ขึ้นมาเป็นชั้น ๆ พื้นผิวจึงมีพื้นผิวเป็นขั้น ๆ ที่มีความหยาบ (ค่า Ra) ซึ่งโดยปกติจะอยู่ระหว่าง 6 ถึง 12 μm ซึ่งมีความหยาบมากกว่าการตัดเฉือนแบบดั้งเดิมอย่างมาก ซึ่งมีค่าความหยาบอยู่ที่ 0.8 ถึง 1.6 μm ตัวอย่างเช่น ความหยาบของผนังด้านในของช่องระบายความร้อนของใบพัดเครื่องยนต์เครื่องบินจะต้องเก็บไว้ต่ำกว่า 3 μm ไม่เช่นนั้นประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนจะลดลงอย่างมาก
ปัญหาเกี่ยวกับเทคโนโลยี:
โครงสร้างรองรับที่เหลือ: โครงสร้างรองรับที่ใช้ระหว่างการพิมพ์เพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งต่าง ๆ เปลี่ยนรูปร่างอาจทำให้เกิดหลุมหรือกระแทกบนพื้นผิวหลังจากที่ถอดออก
การยึดเกาะของผง: เมื่ออนุภาคของผงไม่ละลายหมด มันจะเกาะติดกับพื้นผิว ซึ่งเรียกว่า "การทำให้เป็นทรงกลม"
ร่องรอยการยึดเหนี่ยวระหว่างชั้น: รอยนูนเล็กๆ อาจก่อตัวในบริเวณที่เส้นทางการสแกนด้วยเลเซอร์ตัดกัน
คำตอบ:
การขัดเงาด้วยสารเคมี: การใช้สารละลายที่เป็นกรดหรือด่างเพื่อเลือกละลายชั้นผิวสามารถทำให้ผิวมีความเรียบเนียนมากกว่า 1 μm แต่คุณต้องระวังให้มากว่าปล่อยทิ้งไว้ในสารละลายนานเท่าใดเพื่อหลีกเลี่ยงการกัดกร่อนมากเกินไป
การพ่นทราย: พื้นผิวด้านที่สม่ำเสมอถูกสร้างขึ้นโดยการกระแทกพื้นผิวด้วยการไหลของทรายความเร็วสูง- ซึ่งเหมาะสำหรับการออกแบบช่องภายในที่ซับซ้อน แต่ก็อาจสร้างข้อบกพร่องที่พื้นผิวใหม่ได้เช่นกัน
การขัดด้วยไฟฟ้า: วิธีนี้ใช้หลักการไฟฟ้าเคมีเพื่อปรับระดับพื้นผิวในระดับจุลภาค สามารถสร้างเอฟเฟกต์กระจกได้ (Ra<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. การแก้ไขข้อบกพร่องภายใน: กุญแจสำคัญในการทำให้สิ่งต่าง ๆ มีความหนาแน่นและดีขึ้น
ด้านในของชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ด้วย 3D มักจะมีรูพรุน 0.1% ถึง 5% ข้อบกพร่องเล็กๆ เหล่านี้อาจทำให้เกิดรอยแตกร้าว ซึ่งจะทำให้อายุการใช้งานของชิ้นส่วนสั้นลงอย่างมาก ตัวอย่างเช่น วัสดุเสริมไทเทเนียมอัลลอยด์ที่มีความพรุนมากกว่า 0.5% อาจไม่สามารถรวมเข้ากับกระดูกได้
ปัญหาเกี่ยวกับเทคโนโลยี:
รูขุมขน: หากความเข้มของเลเซอร์ต่ำเกินไปหรือผงมีออกซิเจนมากเกินไป สระที่หลอมละลายอาจแตกตัวได้
ฟิวชั่นไม่เพียงพอ: พันธะระหว่างชั้นอ่อนแอ ซึ่งนำไปสู่การเกิดชั้นไมโคร
รอยแตก: รอยแตกที่ร้อนหรือเย็นที่เกิดขึ้นเมื่อความเครียดตกค้างสะสมตัว
คำตอบ:
การกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อน (HIP): วัสดุถูกกดดันอย่างมาก (100–200 MPa) และความร้อน (900–1200 องศา ) ทำให้เปลี่ยนรูปร่าง ปิดรูขุมขน และเพิ่มความหนาแน่นให้สูงกว่า 99.9% ตัวอย่างเช่น การรักษา HIP ช่วยยืดอายุความล้าของหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ LEAP ที่ผลิตโดย GE Aviation เป็นสามเท่า
การแทรกซึมเฉพาะที่: วิธีการเคลือบด้วยสุญญากาศจะเติมในพื้นที่สำคัญของวัสดุคอมโพสิตที่เป็นโลหะ- ทำให้เหมาะสำหรับการยึดโครงสร้างที่มีผนังบาง
การถลุงด้วยเลเซอร์: การสแกนครั้งที่สองในพื้นที่ที่มีข้อบกพร่องที่พื้นผิวหรือภายในสามารถช่วยปรับปรุงเกรนได้ แต่ก็อาจเพิ่มความเครียดจากความร้อนใหม่ได้เช่นกัน
3. การจัดการความเค้นตกค้าง: วิศวกรรมระบบเพื่อควบคุมการเสียรูป
เมื่อโลหะถูกพิมพ์แบบ 3 มิติ ความเครียดจากความร้อนจากการทำความร้อนและความเย็นอย่างรวดเร็วสามารถเข้าใกล้ 50% ถึง 80% ของความแข็งแรงของผลผลิตของวัสดุ สิ่งนี้อาจทำให้ชิ้นส่วนบิดเบี้ยว แตกหัก หรือเปลี่ยนรูปร่างได้ ความเค้นตกค้างสามารถทำให้เกิดการเสียรูปหลายมิลลิเมตรในโครงสร้างเฟรมขนาดใหญ่ ซึ่งถือว่าสูงกว่าค่าที่ยอมรับได้อย่างมาก
ปัญหาเกี่ยวกับเทคโนโลยี:
การกระจายความเค้นไม่สม่ำเสมอ: รูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในการไล่ระดับอุณหภูมิ
ผลกระทบจากข้อจำกัดของวัสดุพิมพ์: ความเครียดก่อตัวขึ้น ณ จุดที่ส่วนประกอบมาบรรจบกับวัสดุพิมพ์ ซึ่งอาจทำให้เกิดการแยกชั้นระหว่างชั้นได้ง่าย
ความท้าทายในการพิมพ์วัสดุหลายประเภท-: การที่วัสดุต่างๆ ขยายตัวในอัตราที่ต่างกัน ทำให้เกิดความเครียดได้เร็วขึ้น
คำตอบ:
ก่อนพิมพ์ ให้อุ่นวัสดุพิมพ์ไว้ที่ระหว่าง 200 ถึง 500 องศาเซลเซียส เพื่อลดความแตกต่างของอุณหภูมิ ตัวอย่างเช่น เครื่องจักรซีรีส์ Precision จาก Yunyao Shenwei มีคุณสมบัติการอุ่นพื้นผิวที่ 500 องศา ซึ่งช่วยลดโอกาสที่จะเกิดการแตกร้าวในชิ้นส่วนที่พิมพ์ซึ่งทำจากโลหะผสมไททาเนียม
การเพิ่มประสิทธิภาพกลยุทธ์การสแกน: ใช้ "การสแกนเกาะ" หรือ "การสแกนกระดานหมากรุก" เพื่อกระจายความร้อนเข้าและป้องกันไม่ให้ร้อนเกินไปในที่เดียว
การหลอมบรรเทาความเครียด: หลังจากการพิมพ์เสร็จสิ้น การบำบัดฉนวนจะดำเนินการที่อุณหภูมิ 600–700 องศา เพื่อกำจัดความเครียดมากกว่า 80% ที่ยังคงมีอยู่
4. รับประกันความแม่นยำของมิติ: ก้าวไปข้างหน้าจาก "การปั้นโดยประมาณ" สู่ "การปั้นแบบตาข่าย"
โดยปกติแล้วการพิมพ์โลหะ 3D จะมีความแม่นยำถึง ± 0.1 มม. แต่สำหรับชิ้นงานที่ต้องการความแม่นยำมาก เช่น เฟืองนาฬิกา จำเป็นต้องมีการตัดเฉือนเพิ่มเติม แต่มันยากมากที่จะทำงานกับโครงสร้างช่องภายในที่ซับซ้อน โครงสร้างตาข่ายดังกล่าว และการกัดมาตรฐานหรือการตัดเฉือนด้วยไฟฟ้า (EDM) อาจทำร้ายโครงสร้างภายในได้
ปัญหาเกี่ยวกับเทคโนโลยี:
การเสียรูปจากการหดตัว: เมื่อโลหะเย็นลง ปริมาณจะลดลง ซึ่งทำให้ขนาดเปลี่ยนแปลง
การรบกวนจากโครงสร้างรองรับ: ส่วนรองรับที่เหลือทำให้ค้นหาระนาบอ้างอิงของการตัดเฉือนได้ยากขึ้น
โครงสร้างผนังบาง-ไม่แข็งพอ ดังนั้นการสั่นสะเทือนในการประมวลผลอาจทำให้เครื่องมือหักได้ง่าย
คำตอบ:
การออกแบบการชดเชย: กำหนดจำนวนการหดตัวในแบบจำลอง CAD ล่วงหน้า (โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 0.2% ถึง 0.5%) และตรวจสอบการแก้ไขโดยการพิมพ์หลายครั้ง
การตัดเฉือนเชื่อมโยงห้า-แกน: อุปกรณ์ LASERTEC 65 3D ของ DMG MORI คือตัวอย่างของเครื่องมือเครื่องจักร CNC แบบหลาย-แกนที่สามารถทำได้ทั้งการพิมพ์และการกัดในเวลาเดียวกัน
การตัดเฉือนเคมีไฟฟ้า (ECM) เป็นวิธีการแยกวัสดุโดยไม่ต้องใช้แรงตัดเชิงกล เหมาะสำหรับการตัดเฉือนโครงสร้างที่มีผนังบาง-อย่างแม่นยำ
5. ความเข้ากันได้กับวัสดุหลายประเภท: ปัญหาเกี่ยวกับวัสดุเกรดตามการใช้งาน
การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะกำลังค่อยๆ เคลื่อนไปในทิศทางของวัสดุผสมหลาย- เพื่อตอบสนองความต้องการด้านน้ำหนักเบา ความต้านทานการกัดกร่อน และการนำไฟฟ้า แต่ความจริงที่ว่าวัสดุที่แตกต่างกันมีจุดหลอมเหลวและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนที่แตกต่างกัน หมายความว่าความแข็งแรงของพันธะระหว่างวัสดุทั้งสองไม่แข็งแรงเพียงพอ ซึ่งอาจนำไปสู่การหลุดร่อนหรือแตกร้าวได้อย่างรวดเร็ว
ปัญหาเกี่ยวกับเทคโนโลยี:
การปนเปื้อนข้าม-ของผง: ผงที่ตกค้างในช่องสำหรับการพิมพ์ด้วยวัสดุหลายชนิดจะทำให้ความบริสุทธิ์ของวัสดุลดลง
ความขัดแย้งของพารามิเตอร์กระบวนการ: วัสดุที่แตกต่างกันจะต้องจับคู่กับกำลังเลเซอร์ ความเร็วในการสแกน และการตั้งค่าอื่น ๆ ที่แตกต่างกัน
ประสิทธิภาพของอินเทอร์เฟซแย่ลง: ระยะเปราะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อวัสดุที่แตกต่างกันมาบรรจบกัน
คำตอบ:
ระบบจ่ายสีฝุ่นแบบโมดูลาร์: ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ซีรีส์ RESEARCH จาก Yunyao Shenwei มีถังจ่ายสีฝุ่นอิสระที่ให้คุณสลับระหว่างชั้นวัสดุต่างๆ ได้
การประมวลผลอินเทอร์เฟซล่วงหน้า: ใช้การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์หรือการพ่นพลาสมาเพื่อทำให้อินเทอร์เฟซติดดีขึ้น
การเพิ่มประสิทธิภาพการจำลองเชิงตัวเลข: ใช้ซอฟต์แวร์ ANSYS หรือ COMSOL เพื่อจำลองว่าคุณสมบัติทางความร้อนและทางกลของวัสดุต่างๆ มีปฏิกิริยาอย่างไรในระหว่างกระบวนการพิมพ์ สิ่งนี้จะช่วยคุณสร้างพารามิเตอร์ที่เหมาะสม
6. การค้นหาสมดุลที่เหมาะสมระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพ: ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดกับการผลิตขนาดใหญ่-
การพิมพ์โลหะ 3D มีค่าใช้จ่าย 30% ถึง 70% ของต้นทุนทั้งหมดของผลิตภัณฑ์ และระยะเวลาในการประมวลผลยาวนาน (โดยทั่วไปคือ 2-5 เท่าของเวลาในการพิมพ์) ซึ่งทำให้ยากต่อการใช้งานในการผลิตจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น ขั้นตอนการหล่อบล็อกกระบอกสูบของเครื่องยนต์แบบดั้งเดิมมีราคาประมาณ 500 หยวนต่อชิ้น ค่าใช้จ่ายของการพิมพ์ 3 มิติและการประมวลผลหลัง-อาจมากกว่า 3,000 หยวน
ปัญหาเกี่ยวกับเทคโนโลยี:
ต้นทุนอุปกรณ์สูง: เครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์-ระดับไฮเอนด์-ห้าแกนมีราคามากกว่า 5 ล้านหยวน ในขณะที่อุปกรณ์ HIP มีราคาสูงถึง 20 ล้านหยวน
ความยาวโซ่กระบวนการ: คุณต้องทำหลายขั้นตอนตามลำดับ เช่น การทำความร้อน การตัดลวด การถอดส่วนรองรับ การขัด และการขัดอีกครั้ง
ระบบอัตโนมัติระดับต่ำ: ยังคงต้องมีการทำงานด้วยตนเองสำหรับ-การประมวลผลชิ้นส่วนที่ซับซ้อน ซึ่งทำให้มีประสิทธิภาพน้อยลง
คำตอบ:
การบูรณาการสายการผลิตอย่างชาญฉลาด: ใช้รถเข็น AGV เพื่อเชื่อมต่อเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เตาบำบัดความร้อน และแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ เพื่อให้กระบวนการทั้งหมดทำงานโดยอัตโนมัติ ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ BLT-S800 ของ Platinum Technology นำเสนอ-ความสามารถในการตรวจจับออนไลน์และการประมวลผลแบบปรับเปลี่ยนได้ในตัว
การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ: หากต้องการลดจำนวนขั้นตอนที่เกิดขึ้นหลังการพิมพ์ ให้ซิงโครไนซ์การตัดเฉือนบางส่วนในระหว่างกระบวนการพิมพ์ เครื่องจักร INTEGREX i-400AM ของ Mazak สามารถสลับระหว่างการหุ้มด้วยเลเซอร์และการกัดได้
การวางแผนกระบวนการแบบดิจิทัล: การใช้ซอฟต์แวร์ Siemens NX หรือ Magics เพื่อค้นหาเส้นทางการตัดเฉือนที่ดีที่สุดและลดเวลาว่าง