Як найбільш розумно поєднати 3D-друк металу та обробку з ЧПУ?

一, Технологічна взаємодоповнюваність: логічна зміна від «опозиції» до «симбіозу»
Металевий 3D-друк (з використанням технології SLM/DMLS як приклад) використовує лазер для розплавлення металевого порошку шар за шаром, що дає змогу створювати складні внутрішні конструкції одразу. Його основні переваги:
Прорив у структурних ступенях свободи: можливість створювати гратчасті структури, конформні канали охолодження, нерівні поверхні та інші речі, які не можуть звичайні верстати з ЧПК. Наприклад, певний корпус гідравлічного клапана отримує масляні контури в шаховому порядку за допомогою 3D-друку, що робить канал потоку на 300% складнішим. Обробка з ЧПК потребує багатьох затискачів і важко переконатися, що вони герметичні.
Адитивне виробництво не витрачає жодного матеріалу, а коефіцієнт використання матеріалу може перевищувати 90%, що набагато більше, ніж показник від 50% до 70% для обробки з ЧПК.
Можливість швидкого повторення: після зміни цифрової моделі її можна надрукувати одразу без необхідності переформовувати. Це скоротило час, необхідний для розробки нових товарів, з місяців до днів.
Але початкова точність (± 0,04 мм) і шорсткість поверхні (Ra12,5 мкм) 3D-друку ускладнюють задоволення потреб високо-точної збірки. Саме тоді обробка з ЧПУ стає дуже важливою:
Корекція розміру: Щоб компенсувати деформацію усадки під час друку, необхідно відфрезерувати напрямну поверхню верстата з точністю ± 0,02 мм.
Оздоблення поверхні: точне фрезерування підвищує шорсткість поверхні з Ra12,5 мкм у-литому стані до Ra1,6 мкм, а дзеркальне полірування може підвищити її навіть до Ra0,2 мкм.
Обробка ключових особливостей: ЧПК чудово виконує всі види локальної обробки, як-от виготовлення торців із високою точністю та різьбових отворів із високою точністю.
2. Звичайний випадок використання – це коли потрібно відповідати вимогам як до складної структури, так і до точності.
1. В аерокосмічному бізнесі потрібен баланс між легкістю та здатністю нести велику вагу.
Один аерокосмічний бізнес використовує метод «3D-друк + ЧПК» для виготовлення камер згоряння двигунів:
Процес 3D-друку: друк складних форм із конформними каналами охолодження з Inconel 718, високотемпературного-сплаву на основі нікелю. Це робить конструкції на 35% легшими та здатними витримувати температуру до 1200 градусів.
Процес з ЧПК: над-точна обробка ущільнювальної поверхні до площинності 0,01 мм, щоб переконатися, що вона добре працює в умовах високого-тиску.
Перевірка ефекту: виробничий цикл на 60% коротший, ніж при стандартних методах лиття та зварювання, а термін служби втомленості вдвічі довший.
2. Медичні імплантати: поєднання персоналізації та біосумісності
Як виготовляються ортопедичні імпланти з титанового сплаву:
3D-друк: використовуючи дані КТ пацієнта, надрукуйте пористу стегнову кістку з пористістю від 60% до 80% і розміром пор від 200 до 500 мкм. Це буде імітувати форму природних кісткових трабекул.
Обробка з ЧПУ: точне фрезерування конічної сполучної поверхні, яка торкається порожнини кісткового мозку, щоб переконатися, що вона відповідає допуску рівня H7 і досягає біологічної фіксації.
Обробка поверхні: піскоструминна обробка та анодування роблять поверхню більш шорсткою, що сприяє прилипанню до неї кісткових клітин.
3. Промислові прес-форми: хороший баланс між складними потоковими каналами та хорошим охолодженням
Певна компанія-виробник форм використовує змішане виробниче рішення:
Завдяки 3D-друку ядро ​​форми одночасно має три шари внутрішніх каналів охолодження. Це робить охолодження на 30% ефективнішим і вирішує проблему витоків, яка виникає при стандартному зрощенні блоків.
Обробка з ЧПУ: відполіруйте розділову поверхню до Ra0,4 мкм, щоб полегшити видалення пластикових деталей.
Порівняння вартості: вартість за штуку знизилася на 42%, і немає потреби турбуватися про брухт форми внаслідок деформації під час зварювання.
3. Шлях інтеграції процесу: удосконалення всього процесу від проектування до пост{1}}обробки
1. Фаза проектування: оптимізація топології залежно від обмежень виробничого процесу.
DFAM (Дизайн для адитивного виробництва): використання методу створення решітчастої структури для зменшення ваги вдвічі, зберігаючи міцність.
Зарезервований припуск на обробку: відкладіть 0,3–0,5 мм для елементів, які потребують фінішної обробки з ЧПК, як-от монтажні поверхні та розташування отворів. Це дозволить уникнути впливу шаблонів шарів друку на точність.
Оптимізація опорної структури: використовуйте аналіз симуляції, щоб скоротити кількість опор, переконавшись, що інструменти з ЧПК все ще легко доступні. Наприклад, опору для певного авіаційного кронштейна розміщують на не-обробленій поверхні, що скорочує час обробки з ЧПК на 30%.
2. Етап друку: спільна робота для регулювання налаштувань і виконання пост{1}}обробки
Choose spherical powder (flowability>30 с/50 г), щоб порошок розподілився більш рівномірно та знизив пористість до менше 0,5%.
Техніка термічної обробки включає відпал для зняття напруги при 650 градусах протягом 2 годин і гаряче ізостатичне пресування (HIP) для підвищення щільності вище 99,9%.
Контроль напрямку: використовуйте програмне забезпечення Magics, щоб знайти найкращий кут для розміщення елементів, щоб зменшити кількість опор, необхідних для підвісних конструкцій.
3. Етап обробки з ЧПК: п’яти-осьове з’єднання та розумна компенсація
П’ятиосьовий обробний центр: система Siemens 840D використовується для затискання й обробки складних поверхонь за один раз, що запобігає помилкам у позиціонуванні.
Технологія цифрового близнюка: використання моделювання Vericut для прогнозування того, як зміниться обробка, і завчасне внесення коригувань у модель. Наприклад, моделювання покращило точність контуру певної лопатки турбіни з ± 0,05 мм до ± 0,02 мм.
Перевірка верстатів: використання датчиків Renishaw для відстеження розмірів обробки в режимі реального часу та виправлення помилок, які виникають через знос інструменту.
4. Етап обробки поверхні: поєднання функціоналізації та орнаментування
Піскоструминна обробка: використовуйте скляні кульки розміром 120 меш, щоб зробити шорсткість поверхні Ra3,2 мкм для кращого прилипання покриття.
Мікродугове оксидування: нанесіть на поверхню титанового сплаву керамічне покриття товщиною 10 мкм. Плівка має міцність 1000 HV і в п'ять разів більш стійка до зношування.
Покриття PVD: нанесення покриття TiN робить поверхню твердішою (2200HV) і надає їй золотистий вигляд.