Чи можуть металеві форми для 3D-друку досягти консистенції партії?

Таким чином, головною проблемою узгодженості партій є «розрив» між лабораторією та майстернею.
Фундаментальним принципом процесу 3D-друку з металу є «плавлення та укладання шарів за шарами», що охоплює різні багатовимірні аспекти, включаючи регулювання енергії лазера, рівномірність розподілу порошку та контроль градієнта температури. У лабораторних умовах легко друкувати окремі високоякісні-форми за допомогою прецизійної технології та обмеженого простору. Однак, коли йдеться про масове виробництво, наступні проблеми стають основними змінними, які обмежують послідовність:
Коливання матеріалу: відмінності в партіях металевого порошку, такі як розподіл частинок за розміром, кількість кисню та кількість домішок, мають прямий вплив на те, наскільки добре метал тече та твердне під час процесу плавлення. Це може призвести до відмінностей у розмірі чи продуктивності однієї моделі дизайну, якщо друкувати різними партіями. Наприклад, якщо рівень кисню в порошку титанового сплаву підвищиться на 0,01%, його здатність протистояти втомі може знизитися на 5-10%.
Невелике вікно процесу: зміни потужності лазера, швидкості сканування та товщини шару лише на кілька відсотків (такі зміни потужності ± 1%) можуть спричинити тріщини, пористість або деформацію. Наприклад, товщина стінок внутрішніх каналів охолодження турбінних лопаток авіаційних двигунів повинна бути в межах 0,3-0,5 мм. Якщо будь-який із цих параметрів зміниться, канали можуть бути заблоковані або структура може вийти з ладу.
Стабільність обладнання: у міру збільшення часу друку проблеми зі старінням обладнання, включаючи втрату енергії лазера, дрейф точності сканування дзеркала та зміни температури формовочної порожнини, поступово додадуть більше помилок. Група міжнародних стандартів провела тест, який показав, що точність розмірів друкованих матеріалів може впасти з ± 20 мкм до ± 50 мкм після того, як один пристрій працює протягом 500 годин поспіль.
Невизначеність після обробки: форми часто потребують піскоструминної обробки та полірування після виготовлення, щоб відповідати стандартам шорсткості поверхні, таким як Ra Менше або дорівнює 0,8 мкм. Цей метод може спричинити нові розмірні помилки, особливо в мікроструктурах, таких як канали розгалужень конформних водних шляхів, які стандартна обробка не завжди може переконатися, що вони однакові.
2, Технологічний прорив: створення механізму повного контролю ланцюга, що гарантує послідовність
Промисловість повільно створила технологічний бар’єр для узгодженості партій, працюючи разом у чотирьох вимірах над «апаратним забезпеченням, програмним забезпеченням, процесом і матеріалами». На прикладі провідних компаній, таких як Yunyao Shenwei, їхні рішення можна згрупувати в три основні категорії:
1. Стабільність обладнання: виправлення проблем у джерелі
Високоточна-система розкидання порошку: використовує-безконтактну зміну порошку та вбудований циліндр, щоб уникнути змішування порошків. Чистота порошку зросла до понад 99,9% завдяки технологіям вібрації та видалення домішок магнітним полем. Наприклад, машини Yunyao Shenwei можуть постійно контролювати товщину кожного шару з точністю до 2–10 мкм, забезпечуючи рівномірний розподіл порошку в кожному шарі з точністю до ±5 мкм.
Контроль-замкнутого циклу лазерної енергії: Завдяки-моніторингу лазерної потужності, форми плями та розподілу енергії в реальному часі разом із алгоритмами динамічної компенсації зміни енергії зберігаються в межах ± 0,5%. Певна компанія виготовила десяти-лазерну систему синхронного сканування, яка не тільки робить друк у п’ять разів швидшим, ніж стандартне обладнання, але й знижує шорсткість поверхні до Ra менше або дорівнює 1,6 мкм за рахунок оптимізації точкового перекриття.
Система контролю навколишнього середовища: має багато-модуль контролю температури та систему циркуляції інертного газу в формовочній порожнині. Він підтримує градієнт температури в межах ± 2 градусів і концентрацію кисню нижче 50 частин на мільйон, що зупиняє деформацію, спричинену термічним навантаженням.
2. Оптимізація процесу: від досвіду-до-даних
Бібліотека параметрів і моделювання процесу: створіть бібліотеку параметрів процесу, яка включає такі звичайні матеріали, як титановий сплав і формувальна сталь. Потім скористайтеся аналізом кінцевих елементів (FEA), щоб змоделювати, як басейн розплаву поводитиметься з часом, передбачити, як він деформуватиметься, і покращити опорні конструкції. Наприклад, одна компанія використала моделювання, щоб зменшити спотворення друку паливних форсунок авіаційних двигунів з 0,8 мм до 0,2 мм.
Онлайн-моніторинг і зворотній зв’язок у замкнутому циклі: використовуйте високошвидкісні-камери й інфрачервоні термометри під час процесу друку, щоб отримувати важливу інформацію, як-от форму розплавленої ванни та розподіл поля температури, у реальному часі. Використовуйте алгоритми машинного навчання, щоб змінювати шляхи сканування та параметри живлення на льоту. Бібліотека інтелектуальних процесів Yunyao Shenwei об’єднала понад 100 000 наборів характеристик матеріалів. Лише одним клацанням миші він може знайти найкраще рішення для друку, покращуючи узгодженість розміру з точністю до ± 10 мкм.
Друк більш ніж одним типом матеріалу: щоб задовольнити функціональні потреби різних частин прес-форми, як-от зносостійкість і теплопровідність, вам потрібно вдосконалити технологію градієнтного друку матеріалу. Наприклад, шар мідного сплаву з відмінною теплопровідністю наноситься на поверхню конформного каналу, тоді як основна структура виготовлена ​​з високо-титанового сплаву. Для цього використовується технологія управління інтерфейсом матеріалів для створення безшовного з’єднання.
3. Простежуваність якості: від перевірки одного товару до контролю всього процесу
Цифровий двійник: створюйте віртуальні моделі для кожного пристрою, відстежуйте робочий стан і параметри друку фактичного обладнання в режимі реального часу та використовуйте технологію двійника даних, щоб попереджати про можливі проблеми ще до їх виникнення. Ця технологія допомогла одному підприємству скоротити час простою обладнання на 40% і збільшити продуктивність друку до 98,5%.
Повна система відстеження якості процесу, яка включає керування партіями порошку, спостереження за процесом друку та тестування готового продукту, і все це становить замкнутий-ланцюжок даних. Кожна прес-форма, наприклад, має власну цифрову етикетку, яку можна відсканувати, щоб знайти обладнання для друку, налаштування параметрів, партію порошку та звіт про випробування. Це полегшує пошук недоліків і притягнення людей до відповідальності.
Стандарти для стандартизованих випробувань: допоможіть створити міжнародні стандарти для таких речей, як механічні властивості (як-от міцність на розрив і довговічність), точність розмірів (як-от три-вимірний аналіз девіацій комп’ютерної томографії), якість поверхні (як-от вимірювання інтерферометром білого світла) тощо. Це допоможе галузі розвиватися стандартизованим способом.
3, Практика індустріалізації: широкомасштабне застосування від авіації до охорони здоров’я
Нам потрібно перевірити реальну цінність технологічних досягнень, використовуючи їх у промисловості. Наразі за допомогою металевих форм для 3D-друку можна виготовляти партії продуктів, узгоджених у багатьох галузях високого рівня:{2}}
Аерокосмічна промисловість: COMAC C929 використовує технологію SLM для друку опор крил із титанового сплаву. Він досягає відхилення розміру менше або дорівнює ± 15 мкм у серійному виробництві 200 штук за допомогою мульти-лазерної співпраці та замкнутого-контролю. Він також пройшов випробування на втому та зменшив вагу на 15%. Топологія каналу регенеративного охолодження покращила камеру ракетної тяги SpaceX, скоротивши цикл друку зі звичайних 6 місяців до 3 тижнів і дозволивши безпомилково провести 500 випробувань теплового циклу.
Медична форма: 3D-надрукована форма для пристрою для злиття пористого титанового сплаву, яка скорочує цикл ін’єкції зі 120 секунд до 45 секунд і підвищує рівень сертифікації продукції з 85% до 99%; Індивідуальну форму для зубної коронки зі сплаву кобальту і хрому можна налаштувати лише за 2 тижні до 3 днів, а коли виготовляється 5000 штук одночасно, розмір завжди знаходиться в межах ± 20 мкм.
Автомобільна прес-форма: нова фірма, що займається виробництвом енергетичних транспортних засобів, використовувала 3D-друк для виготовлення прес-форм для акумуляторних блоків, що скоротило процедуру зварювання з 12 до 3 і зробило кузов жорсткішим на 20%. Він створив виробничу лінію для 3D-друку, яка може виготовляти 50 000 штук на рік. Вартість за одиницю на 35% нижча, ніж при традиційних методах.