دستورالعمل‌های طراحی برای قطعاتی که قرار است با فرآیند چاپ فلزی تولید شوند، چیست؟

من به عنوان یک ارائه دهنده کارکشته در صنعت فرآیند چاپ فلزات، از نزدیک شاهد قدرت تغییردهنده این فناوری بودم. چاپ فلز که به عنوان تولید افزودنی فلز نیز شناخته می شود، روش طراحی و تولید قطعات را متحول کرده است. آزادی طراحی بی نظیری را ارائه می دهد و امکان ایجاد هندسه های پیچیده ای را فراهم می کند که زمانی ساخت آنها با استفاده از روش های سنتی غیرممکن یا بسیار پرهزینه بود. با این حال، برای استفاده کامل از مزایای چاپ فلز، رعایت دستورالعمل های طراحی خاص بسیار مهم است. در این پست وبلاگ، برخی از ملاحظات کلیدی طراحی برای قطعاتی که با فرآیند چاپ فلز تولید می شوند را به اشتراک می گذارم.

1. فرآیند چاپ فلز را درک کنید

قبل از پرداختن به دستورالعمل‌های طراحی، داشتن یک درک اولیه از نحوه عملکرد فرآیند چاپ فلز ضروری است. انواع مختلفی از فناوری های چاپ فلز وجود دارد، از جمله همجوشی بستر پودری (PBF) و رسوب انرژی مستقیم (DED). در PBF، یک لایه نازک از پودر فلز روی یک سکوی ساخت پخش می شود و یک لیزر پرانرژی یا پرتو الکترونی به طور انتخابی پودر را مطابق مدل دیجیتال ذوب می کند. این فرآیند لایه به لایه تکرار می شود تا قسمت کامل شود. از سوی دیگر، DED شامل تغذیه پودر فلز یا سیم به یک حوضچه مذاب است که توسط لیزر یا پرتو الکترونی ایجاد می شود.

هر تکنولوژی نقاط قوت و محدودیت های خاص خود را دارد که می تواند تاثیر قابل توجهی بر طراحی داشته باشد. به عنوان مثال، PBF به طور کلی وضوح بالاتر و پرداخت سطح بهتر را ارائه می دهد، که آن را برای قطعات پیچیده مناسب می کند. از طرف دیگر، DED به دلیل نرخ رسوب بالاتر برای قطعات در مقیاس بزرگ و کاربردهای تعمیر مناسب تر است.

2. طراحی برای قابلیت ساخت

ضخامت دیوار

یکی از مهم ترین ملاحظات طراحی ضخامت دیوار است. در چاپ فلز، حداقل ضخامت دیوار وجود دارد که می توان آن را با اطمینان چاپ کرد. اگر دیوارها خیلی نازک باشند، ممکن است در طول فرآیند چاپ به طور کامل ذوب نشوند و در نتیجه قطعات ضعیف یا ناقص ایجاد شوند. حداقل ضخامت دیوار بستگی به مواد فلزی و تکنولوژی چاپ مورد استفاده دارد. برای اکثر فرآیندهای چاپ فلز، حداقل ضخامت دیوار 0.5 - 1 میلی متر توصیه می شود. با این حال، همیشه بهتر است با ارائه دهنده خدمات چاپ فلز خود مشورت کنید تا حداقل ضخامت دیوار را برای کاربرد خاص خود تعیین کنید.

ساختارهای پشتیبانی

سازه های پشتیبان اغلب در چاپ فلزی مورد نیاز هستند تا قطعه را در طول فرآیند چاپ ثابت نگه دارند و از تغییر شکل جلوگیری کنند. هنگام طراحی قطعه، مهم است که در نظر بگیرید که چگونه ساختارهای پشتیبانی اضافه و حذف می شوند. سعی کنید قطعه خود را به گونه ای طراحی کنید که نیاز به سازه های پشتیبانی را به حداقل برساند. به عنوان مثال، از قرار دادن ویژگی های بیش از حد بزرگ یا شیب دار خودداری کنید. در صورت نیاز به سازه های تکیه گاه، آنها را طوری طراحی کنید که بعد از چاپ به راحتی و بدون آسیب رساندن به قطعه جدا شوند.

تحمل ها

چاپ فلز دقت نسبتا بالایی را ارائه می دهد، اما همچنان مهم است که تلورانس ها را در طراحی خود در نظر بگیرید. تلرانس ها به تغییرات مجاز در ابعاد یک قطعه اشاره دارد. تحمل قابل دستیابی به فناوری چاپ فلز، مواد و پیچیدگی قطعه بستگی دارد. به طور کلی، چاپ فلز می تواند به تحمل هایی در محدوده 0.1 ± 0.5 میلی متر برسد. هنگام مشخص کردن تلورانس ها در طراحی خود، مطمئن شوید که آنها واقع بینانه و قابل دستیابی هستند. تلرانس های بسیار کم می تواند هزینه و زمان تحویل قطعه را افزایش دهد.

3. انتخاب مواد

انتخاب مواد فلزی یکی دیگر از عوامل مهم در فرآیند طراحی است. فلزات مختلف خواص متفاوتی مانند استحکام، سختی، مقاومت در برابر خوردگی و هدایت حرارتی دارند. هنگام انتخاب ماده، کاربرد مورد نظر قطعه را در نظر بگیرید. به عنوان مثال، اگر قطعه باید سبک و قوی باشد، آلیاژهای تیتانیوم یا آلومینیوم ممکن است انتخاب خوبی باشند. اگر مقاومت در برابر خوردگی یک نیاز کلیدی است، فولاد ضد زنگ یا آلیاژهای مبتنی بر نیکل ممکن است مناسب‌تر باشند.

همچنین توجه به این نکته مهم است که فلزات مختلف ممکن است نیازهای پردازش متفاوتی در فرآیند چاپ فلز داشته باشند. برخی از فلزات ممکن است در حین چاپ بیشتر مستعد ترک خوردن یا تاب برداشتن باشند که ممکن است به پارامترهای پردازش خاصی یا عملیات پس از پردازش نیاز داشته باشد. به عنوان تامین کننده فرآیند چاپ فلز، ما می توانیم اطلاعات دقیقی در مورد خواص و نیازهای پردازش فلزات مختلف به شما ارائه دهیم تا به شما در تصمیم گیری آگاهانه کمک کنیم.

4. پیچیدگی هندسی

یکی از مزایای اصلی چاپ فلز، توانایی آن در تولید قطعات با هندسه پیچیده است. با این حال، تعادل بین پیچیدگی هندسی و قابلیت ساخت بسیار مهم است. در حالی که چاپ فلز می تواند کانال های داخلی پیچیده، ساختارهای مشبک و اشکال ارگانیک ایجاد کند، طرح های بیش از حد پیچیده ممکن است خطر نقص و هزینه تولید را افزایش دهد.

هنگام طراحی هندسه های پیچیده، موارد زیر را در نظر بگیرید:

• ویژگی های داخلی: اگر قطعه شما دارای ویژگی های داخلی است، مانند کانال ها یا حفره ها، مطمئن شوید که برای عملیات پس از پردازش مانند تمیز کردن و بازرسی در دسترس هستند.
• سازه های مشبک: از سازه های مشبک می توان برای کاهش وزن قطعه با حفظ استحکام آن استفاده کرد. با این حال، طراحی ساختارهای مشبک باید برای اطمینان از چاپ یکنواخت و خواص مکانیکی خوب بهینه شود.
• تقارن: طراحی قطعات با تقارن می تواند فرآیند چاپ را ساده کرده و نیاز به سازه های پشتیبانی را کاهش دهد.

5. پایان سطح

پرداخت سطح یک قطعه فلزی چاپ شده بسته به فناوری چاپ و عملیات پس از پردازش می تواند متفاوت باشد. به طور کلی، به عنوان - قطعات چاپ شده ممکن است به دلیل ماهیت فرآیند چاپ مبتنی بر پودر، سطح ناصافی داشته باشند. اگر سطح صاف مورد نیاز باشد، ممکن است عملیات پس از پردازش مانند ماشینکاری، پرداخت، یا انفجار ضروری باشد.

هنگام طراحی قطعه خود، سطح پرداخت سطح مورد نیاز برای کاربرد مورد نظر را در نظر بگیرید. اگر پرداخت سطحی با کیفیت بالا حیاتی است، ممکن است لازم باشد قطعه را به گونه‌ای طراحی کنید که امکان پردازش آسان را فراهم کند. به عنوان مثال، از ویژگی هایی که دسترسی به آنها برای ماشین کاری یا پرداخت دشوار است اجتناب کنید.

6. پس از - ملاحظات پردازش

پس پردازش مرحله مهمی در فرآیند چاپ فلز برای بهبود خواص و ظاهر قطعه است. عملیات متداول پس از پردازش شامل عملیات حرارتی، ماشینکاری، تکمیل سطح و بازرسی است.

• عملیات حرارتی: از عملیات حرارتی می توان برای رفع تنش های داخلی، بهبود خواص مکانیکی قطعه و افزایش مقاومت در برابر خوردگی آن استفاده کرد. هنگام طراحی قطعه خود، الزامات عملیات حرارتی و اینکه چگونه ممکن است بر ابعاد و خواص قطعه تأثیر بگذارد را در نظر بگیرید.
• ماشینکاری: ممکن است ماشینکاری برای دستیابی به ابعاد نهایی و پرداخت سطحی قطعه ضروری باشد. قطعه خود را به گونه ای طراحی کنید که امکان عملیات ماشینکاری آسان را فراهم کند، مانند دسترسی کافی برای ابزارهای برش.
• بازرسی: روش‌های تست غیر مخرب مانند اشعه ایکس، آزمایش اولتراسونیک یا اسکن توموگرافی کامپیوتری (CT) ممکن است برای بررسی کیفیت داخلی قطعه استفاده شود. قسمت خود را به گونه ای طراحی کنید که امکان بازرسی موثر را فراهم کند.

نتیجه گیری

طراحی قطعات برای فرآیند چاپ فلز نیاز به درک جامعی از فناوری، مواد و فرآیندهای ساخت دارد. با پیروی از دستورالعمل های طراحی مشخص شده در این پست وبلاگ، می توانید اطمینان حاصل کنید که قطعات شما قابل ساخت هستند، مشخصات عملکرد مورد نیاز را برآورده می کنند و مقرون به صرفه هستند.

ما به عنوان یک تامین کننده پیشرو در فرآیند چاپ فلز، تجربه گسترده ای در تولید قطعات فلزی با کیفیت بالا داریم. ما طیف گسترده ای از خدمات را ارائه می دهیم، از جملهبراکت تیتانیوم چاپ فلز،نمونه سازی سریع پرینت سه بعدی فلزی، وخدمات پرینت سه بعدی تیتانیوم. اگر پروژه ای دارید که به چاپ فلز نیاز دارد، مایلیم از شما بشنویم. تیم کارشناسان ما می توانند برای بهینه سازی طراحی، انتخاب مواد مناسب و اطمینان از تولید موفق قطعات شما با شما همکاری کنند. برای شروع گفتگو در مورد نیازهای چاپ فلز خود، همین امروز با ما تماس بگیرید.

مراجع

• گیبسون، آی، روزن، DW، و استاکر، بی. (2015). فن آوری های ساخت افزودنی: چاپ سه بعدی، نمونه سازی سریع و ساخت دیجیتال مستقیم. اسپرینگر.
• Wohlers, T., & Gornet, P. (2018). گزارش Wohlers 2018: چاپ سه بعدی و وضعیت تولید افزودنی در صنعت. همکاران Wohlers.
• ASTM International. (2019). استانداردهای ساخت افزودنی ASTM International.