Чи можете ви надрукувати 3D-друк індивідуального впускного колектора з алюмінію?

Більшість металу3D-друкований алюмінієвий впускний колекторУ проектах використовується лазерне сплавлення порошкового шару (SLM або L-PBF). Лазер розплавляє тонкі шари алюмінієвої пудри один за одним відповідно до файлу CAD. Форма не потрібна. Складні внутрішні канали та пленуми можуть бути сформовані як єдине ціле.

Найпоширенішим сплавом є AlSi10Mg. Це литий алюмінієво-кремнієво-магнієвий сплав, який забезпечує надійний баланс між міцністю, теплопровідністю та можливістю друку. Він широко використовується для автомобільних і аерокосмічних деталей, які потребують низької ваги та гідної тепловіддачі. Саме з цих причин 3D-друк AlSi10Mg став стандартним шляхом для багатьох користувацьких додатків.

Які частини колектора є хорошими кандидатами
Карели з оптимізованими шляхами потоку, складними пленумами, інтегрованими функціями кріплення та внутрішніми каналами, які було б важко або неможливо прорізати в традиційному литті, є найсильнішими варіантами використання. Прості зовнішні форми з невеликою внутрішньою складністю рідко виправдовують процес.

Порівняльне дослідження 2020 року в Journal of Materials Science & Technology розглядало SLM AlSi10Mg проти того самого сплаву, отриманого литтям. Матеріал SLM продемонстрував вищу міцність на розрив (приблизно 430–445 МПа порівняно з приблизно 313–315 МПа для литого матеріалу при кімнатній температурі), але нижче подовження. Витривалість у втомі була нижчою, оскільки залишкові нерозплавлені частинки порошку, включення оксиду та пори виступають початковими точками тріщин.

У документі MATEC Web of Conferences від 2016 року повідомляється, що оптимізовані параметри SLM можуть досягати 99,13% відносної щільності. Механічні властивості за цих умов були порівнянними, а в деяких випадках кращими, ніж у сплаву A360, литого під тиском під високим тиском, навіть без важкої постобробки.

У паспортах матеріалів від визнаних постачальників порошку перераховано AlSi10Mg для компонентів двигуна, включаючи впускні колектори, через його поєднання міцності, теплопровідності та низької щільності.

Міцність хороша, але пори та втома є справжньою охороною
Статична міцність рідко є обмежуючим фактором для впускного колектора. Більше значення мають циклічні навантаження, вібрація та стійкість до тривалої втоми. Залишкова пористість і дефекти, пов'язані з поверхнею, можуть скоротити термін служби втоми. Належний контроль процесу, перевірка щільності та термічна обробка є важливими.

Три запитання щодо якості, які ми завжди рекомендуємо задавати:

Якої відносної щільності ви постійно досягаєте та як її вимірюють?

Який цикл термічної обробки застосовується - зняття стресу, старіння чи обидва?

Чи проводите ви комп’ютерну томографію, випробування тиском або обидва на критичних шляхах потоку?

У наших конструкціях ми побачили, що перевірка щільності та правильна термічна обробка мають більший вплив на довгострокову надійність, ніж одні лише надруковані показники розтягування.

Відсутність інструментів означає, що ітерації дизайну можуть відбуватися за кілька днів, а не за тижні. Геометрію внутрішнього потоку можна оптимізувати без обмежень кернів і кутів осадки. Об’єкти, які зазвичай потребують зварювання або складання, можна надрукувати як одне ціле.

Зменшення ваги - ще одна практична перевага. У проекті FEV LeiMot головка блоку циліндрів AlSi10Mg, виготовлена ​​за допомогою адитивного виробництва, заощадила 2,3 кг (22 %) порівняно зі звичайним литтям, а основні компоненти двигуна разом стали приблизно на 21 % легшими. Нещодавно Nikon SLM Solutions і Bosch показали повний цільний блок двигуна V8, надрукований на AlSi10Mg, доводячи, що великі, складні алюмінієві деталі трансмісії тепер реалістичні на машинах, придатних для виробництва.

Клієнту потрібна була невелика партія продуктивних впускних колекторів із зміненою геометрією бігуна. Оснащення для лиття було занадто повільним і занадто дорогим для запланованих петель конструкції.

Ми зорієнтували деталь так, щоб опора була якомога далі від критичних шляхів потоку, ретельно контролювали розміщення опори, застосували термічну обробку для зняття напруги та обробили за допомогою ЧПУ ущільнювальні поверхні та монтажні інтерфейси до остаточного допуску. Перевірки щільності та розмірів були завершені до відправлення деталей. Колектори відповідали необхідним показникам потоку та ущільнення та прибули швидше, ніж це дозволило б звичайне обладнання.

Орієнтація послідовного друку, контрольовані опори, термічна обробка, а потім фінішна обробка ущільнювальних поверхонь за допомогою ЧПК — це стандартний спосіб обробки алюмінієвого впускного колектора, надрукованого на 3D, коли складність геометрії та графік важливіші, ніж вартість одиниці великого обсягу.

Для автомобілів великого виробництва, де домінує вартість деталі, звичайне лиття все ще є більш економічним, якщо інструменти оплачені.

Ущільнювальні поверхні, критичні різьблення та точні монтажні поверхні майже завжди потребують обробки з ЧПУ після друку. Чиста друкарня не може доставити готовий до встановлення колектор. Шукайтеалюмінієвий 3D друк фабрика, яка може обробляти як адитивний етап, так і необхідну механічну обробку під одним дахом.

Полімерні або посилені вуглецевим волокном нейлонові колектори можуть бути ще легшими і використовувалися в деяких гоночних прототипах. Вони підходять для певних перегонів або короткострокових середовищ прототипів, але мають інші температурні та довгострокові межі міцності порівняно з алюмінієвими. Вони не є прямими замінниками при постійному нагріванні двигуна.

Задайте ці п’ять запитань:

Чи можете ви надати сертифікати матеріалів і дані про виміряну щільність або пористість для конкретної конструкції?

Ви проводите термічну обробку в домашніх умовах (зняття стресу чи старіння)?

Чи можете ви заклеїти поверхні, порти та елементи кріплення після друку на машині з ЧПК?

Які методи перевірки доступні - КТ, випробування тиском, звіти про розміри?

Які реальні терміни виконання та мінімальна кількість для прототипів і невеликих партій?

Кваліфікований виробник впускного колектора на замовлення або постачальник невеликих партій впускного колектора дасть чітку відповідь і надасть докази процесу. Партнер із 3D-друку впускного колектора OEM також повинен продемонструвати досвід роботи з автомобільною документацією та можливістю відстеження. Задокументовані системи якості та контроль процесу дають додаткову впевненість у тому, що ті самі стандарти застосовуються від першого прототипу до наступної невеликої партії.

Скільки коштує надрукований на 3D-принтері впускний колектор, залежить від об’єму деталей (висота конструкції та використання порошку), об’єму опорної конструкції, пост-обробки (теплова обробка, механічна обробка, обробка поверхні) і кількості. Більші або міцно підтримувані деталі коштують дорожче за штуку. Час виконання прототипу зазвичай вимірюється від днів до кількох тижнів після того, як файл буде готовий, зазвичай значно коротше, ніж маршрут інструменту. Невеликі виробничі партії дотримуються того самого процесу з меншою кількістю ітерацій.

Точна ціна вимагає моделі та специфікації CAD. Основними причинами витрат залишаються складність геометрії, необхідна постобробка та обсяг замовлення.

Добре виконаний 3D-друкований алюмінієвий впускний колектор вирішує проблеми затримки інструментів і гнучкості конструкції, які традиційне лиття створює для нестандартних і малооб’ємних робіт. Успіх залежить від вибору правильного сплаву, контролю щільності та подальшої обробки, а також від співпраці з майстернею, яка може завершити критичні поверхні.