Як уникнути механічної деформації металевих 3D-друкованих деталей?

一, Фаза проектування: оптимізація топології за допомогою моделювання напруги
1. Моделювання розподілу напруги та перебудова конструкції
Компанія, яка виробляє турбінні лопаті для аерокосмічної промисловості, використовувала програмне забезпечення Simufact Additive для моделювання термомеханічної муфти. Вони помітили, що типові конструкції показують концентрацію напруги в зоні переходу кореня леза. Зміна переходу під прямим кутом на перехід із закругленими кутами з радіусом 5 мм і заповнення області, яка не зазнає напруги, решітчастою структурою знизило пік напруги з 420 МПа до 280 МПа та деформацію друку на 62%. Цей сценарій показує, що оптимізація топології на основі моделювання може завчасно виявити місця високого-напруження та зробити рівномірним розподіл напруги, змінивши структуру.
2. Розумний дизайн структур, які витримують
Емпіричні формули використовуються в традиційних конструкціях опор, які можуть легко спричинити накопичення тепла в одній зоні. Програмне забезпечення VoxelDance Engineering від Manga Technology використовує технологію сканування компенсації деформації для автоматичного створення опорних структур, які відповідають формам деталей. Цей метод покращує щільність розподілу опори під час друку ручок штучних суглобів у компанії, що займається медичним обладнанням. Він зменшує глибину пошкодження поверхні, викликаного видаленням опори після спікання, з 0,3 мм до 0,05 мм і зменшує кількість необхідного матеріалу основи на 30%.
3. Побудова моделі попередньої компенсації деформацій
Для корпусів авіаційних гідравлічних клапанів, які мають бути з точністю до ± 0,02 мм, Platinum Technology Company використовує замкнутий-процес циклу, який називається «компенсація сканування друку». У цьому процесі оригінальна модель друкується з нержавіючої сталі 316L, а 3D-сканер ATOS Triple Scan отримує фактичні дані про деформацію. Потім ці дані використовуються для створення моделі зворотної попередньої-деформації в програмному забезпеченні Magics. Після двох циклів корекції основний допуск на розміри деталей змінився з ± 0,15 мм до ± 0,03 мм, що є вимогою авіаційних стандартів.
2, стадія процесу: спільний контроль кількох параметрів
1. Зміна налаштувань лазера на льоту
Обладнання Huashu High Tech FS200M динамічно змінювало потужність лазера та швидкість сканування під час друку камери згоряння певного двигуна, стежачи за температурним полем розплавленої ванни в режимі реального часу. В області товщини стінки 3 мм використовувався параметр 800 Вт/1200 мм/с, а в області товщини стінки 0,8 мм використовувався параметр 600 Вт/800 мм/с. Це налаштування параметрів перегородки зменшує надходження тепла в тонкостінні-секції на 40% і залишкову напругу на 55%. Він також вирішує проблему деформації спікання в консольній конструкції 0,5 мм.
2. Удосконалення процедури укладання пудри
Обладнання EOS M 400-4 використовує адаптивну технологію розподілу порошку для боротьби з впливом товщини шару порошку на деформацію. Він зберігає товщину шару на рівні 40 мкм в опорній області та динамічно змінює її до 25 мкм у вільної-площі поверхні. Дані випробувань демонструють, що цей підхід зменшує міжшарове зміщення тонкостінних деталей з 0,12 мм до 0,03 мм і підвищує значення Ra шорсткості поверхні з 12,5 мкм до 6,3 мкм.
3. Контроль атмосфери за допомогою інертного газу
Пристрій Platinum BLT-S800 підтримує дуже низький рівень повітря та вологості (менше 10% відносної вологості та 50 ppm) під час друку ортопедичних імплантатів із титанового сплаву. Це робиться за допомогою замкнутої-системи керування. Експерименти, які порівнюють різні середовища, показали, що це може знизити швидкість окислення порошку з 0,8% до 0,15%. Це вирішує проблему оксидних плівок, що ускладнює з’єднання шарів, і робить деталі на 18% міцнішими.
3. Стадія пост{1}}обробки — це усунення дефектів і підвищення продуктивності.
1. Гаряче ізостатичне пресування (HIP) ущільнення
Конкретний бізнес авіаційних двигунів використовував гаряче ізостатичне пресове обладнання QIH-15L для обробки деталей із високотемпературного сплаву Inconel 718. Витримування деталей при 1200 градусах /150 МПа протягом 4 годин зробило їх щільнішими (з 99,2% до 99,98%) і менш пористими (з 0,3% до 0,002%). Витривалість оброблених деталей збільшується втричі, а мікротріщини, що утворилися в процесі спікання, повністю зникають.
2. Процес градієнтної термообробки
Для корпусів гідравлічних клапанів із нержавіючої сталі 316L виконайте три-процес термообробки: відпал для зняття напруги при 550 градусах протягом 2 годин, обробка розчином при 1050 градусах протягом 1 години та обробка старінням при 480 градусах протягом 4 годин. Ця процедура робить деталі твердішими, починаючи від 180 HV до 280 HV, і знижує залишкову напругу, переходячи від 320 МПа до 80 МПа. Це вирішує проблему розмірного відскоку після механічної обробки.
3. Технологія зняття інтелектуальної підтримки
На обладнанні DMG MORI LASERTEC 65 3D для видалення опори використовується п’ятиосьовий обробний центр: сила різання контролюється в режимі реального часу за допомогою системи Force Control, а швидкість подачі регулюється автоматично. Випробування показали, що ця технологія полегшує видалення опори на 40% і зберігає глибину пошкодження поверхні в межах 0,02 мм, а це те, що необхідно авіаційним частинам, щоб залишатися неушкодженими.