چگونه بعد از پرینت سه بعدی فلزی-به مونتاژ با دقت بالا دست یابیم؟

1. بهینه سازی طراحی: خطاهای مونتاژ را قبل از وقوع متوقف کنید.
جبران پویا و توزیع تحمل
بر اساس ویژگی های فرآیند چاپ (به عنوان مثال، دقت SLM ± 0.05 میلی متر و EBM ± 0.1 میلی متر)، فضایی را برای تحمل مونتاژ در مرحله مدل سه بعدی باز کنید. به عنوان مثال، سطحی که در آن پره های توربین و دیسک موتور هواپیما به هم می رسند باید در محدوده تحمل 0.02 ± میلی متر باشد. تابع "انبساط افقی" را می توان برای جبران انقباض مواد در حین چاپ استفاده کرد (به عنوان مثال، نرخ انقباض آلیاژ تیتانیوم حدود 0.8٪ است). نرم افزار شبیه سازی مهندسی VoxelDance به شرکت تولید افزودنی گوانگژو رویتنگ کمک کرد تا جبران تغییر شکل ایمپلنت های دندانی را بهبود بخشد. این تغییر شکل حلقه موقعیت یابی را از 0.3 میلی متر به 0.1 میلی متر کاهش داد که مشکل دقت مونتاژ را برطرف کرد.
رابط های استاندارد و طراحی مدولار
استفاده از روش‌های اتصال مرسوم مانند اتصالات رابط USB و ساختارهای لگو{0}}برای آسان‌تر کردن مونتاژ. به عنوان مثال، مدل مسابقه ای OpenRC F1 دارای رابط های استانداردی است که تعویض قطعاتی مانند لاستیک ها و باله های دم را برای کاربران آسان می کند. برای ساخت و سازهای پیچیده، می توان آنها را به قطعات کوچکتر و مجزا تقسیم کرد (مانند اتصالات، پیوندها و پوسته های بازوهای ربات) که می توانند به طور مستقل چاپ و کنار هم قرار گیرند. این باعث می‌شود بعداً تعمیر و ارتقاء داده شود.
از بهینه‌سازی و اتصال چاپ رو به پایین- پشتیبانی کنید
از سطحی که نیاز به اتصال دارد به عنوان پایه چاپ استفاده کنید و از صافی لایه اول استفاده کنید تا اتصال دقیق تر انجام شود. به عنوان مثال، هنگام چاپ دو مدل نیم دایره{1}، رو به پایین می تواند باعث شود که دوخت کمتر تحت تأثیر لایه بندی قرار گیرد. کاهش سطح تماس با شبکه یا تکیه گاه مخروطی باعث می شود بعد از آن برداشتن آن آسان تر شود. به عنوان مثال، اقلام ساخته شده از فولاد ضد زنگ 316 لیتری از تکنیک اسکن شطرنجی و اسکن افست کانتور استفاده می کنند تا سطح را کمتر ناهموار کند و از Ra12 میکرومتر به Ra3.2 میکرومتر می رسد.
2. کنترل فرآیند: مدیریت دقیق تنظیمات چاپ
بهینه سازی چگالی انرژی
شما می توانید با تغییر قدرت لیزر، سرعت اسکن و ضخامت لایه، شکل حوضچه مذاب را تنظیم کنید. این می تواند به جلوگیری از مشکلاتی مانند کروی شدن و همجوشی ناقص کمک کند. به عنوان مثال، چگالی انرژی آلیاژ تیتانیوم Ti6Al4V باید بین 60 تا 120 J/mm³ حفظ شود. اگر توان خیلی کم یا سرعت خیلی سریع باشد، نیروی پیوند بین لایه ممکن است به اندازه کافی قوی نباشد. اگر چگالی انرژی خیلی زیاد باشد، ممکن است ترک خوردگی تنش حرارتی ایجاد کند.
تمیز نگه داشتن هوا و دمای مناسب
برای جلوگیری از اکسید شدن فلز،-آرگون یا گاز نیتروژن با خلوص بالا (با سطح اکسیژن کمتر از 0.1%) در هر مرحله اضافه می‌شود. به عنوان مثال، قبل از چاپ آلیاژ آلومینیوم AlSi10Mg، پیش گرم کردن بستر تا 150 تا 200 درجه به کاهش تنش حرارتی و توقف تاب برداشتن کمک می کند. همچنین، استفاده از فناوری اسکن چند{7}}پرتوی ممکن است گرمای ورودی را به طور یکنواخت پخش کند و تنش پسماند را کاهش دهد.
نظارت آنلاین و ارائه بازخورد در یک حلقه بسته
از دماسنج‌های مادون قرمز، دوربین‌های حوضچه مذاب و سایر حسگرها برای نظارت بر میدان دما و شکل حوضچه مذاب در زمان واقعی هنگام چاپ استفاده کرد. به عنوان مثال، یک شرکت از الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای بررسی تغییرات در عرض حوضچه مذاب، تغییر خودکار قدرت لیزر و تخلخل کمتر از 0.5% به کمتر از 0.1% استفاده می‌کند که چگالی مواد را تا حد زیادی افزایش می‌دهد.
3. فناوری پردازش پست{1}: بهتر کردن سطح و حفظ شکل آن.
عملیات حرارتی از تنش درون مواد خلاص می شود.
بازپخت، مانند حرارت دادن آلیاژ تیتانیوم در آرگون در دمای 800 درجه به مدت دو ساعت، می تواند از کشش باقیمانده که در حین چاپ ایجاد می شود خلاص شود و اعوجاج در هنگام مونتاژ را متوقف کند. برای سخت‌تر کردن و سخت‌تر کردن قطعات با استحکام{2} می‌توان از خاموش کردن و تمپر کردن استفاده کرد. قطعات آلیاژی مبتنی بر{4}}در حرارت بالا{5}} نیکل که با پرس ایزواستاتیک داغ (HIP) پردازش شده اند، مثالی هستند. چگالی آنها تقریباً 100٪ است و قدرت خستگی آنها بیش از 30٪ افزایش یافته است.
ماشینکاری دقیق و عملیات سطحی توسط ماشین آلات انجام می شود
ماشینکاری CNC: برای سطوح کاربردی مانند سطوح جفت یاتاقان، فضایی بین 0.1 تا 0.3 میلی متر بگذارید. برای دستیابی به نیازهای دقیق مسطح بودن 0.02 میلی متر و زبری Ra3.2 از یک ابزار ماشین CNC پیوندی پنج محور- استفاده کنید.
پولیش الکترولیتی فرآیندی است که از اصول الکتروشیمیایی برای خلاص شدن از برجستگی های کوچک روی سطح قطعات آلیاژ آلومینیوم استفاده می کند. این امر زبری سطح را از Ra6 μm ​​به Ra0.2 میکرومتر کاهش می دهد و یک لایه غیرفعال ایجاد می کند که باعث می شود قطعات در برابر خوردگی مقاوم تر شوند.
با استفاده از Al 2 O3 یا دانه های شیشه ای برای ضربه زدن به سطح با سرعت بالا، عملیات سندبلاست از باقی مانده پودر خلاص می شود و باعث می شود سطح یکدست تر به نظر برسد. به عنوان مثال، یک شرکت خاص از سندبلاست برای تنظیم زبری سطح ایمپلنت‌های آلیاژ تیتانیوم چاپ سه بعدی- روی Ra1.6 میکرومتر استفاده کرد که به سلول‌های استخوانی کمک کرد به آنها بچسبند.
جبران تغییر شکل ناشی از شبیه سازی
می‌توانید از نرم‌افزارهایی مانند VoxelDance Engineering برای شبیه‌سازی کل فرآیند چاپ، حدس زدن چگونگی تغییر و ایجاد مدل‌هایی برای جبران استفاده کنید. به عنوان مثال، یک شرکت خاص، تغییر شکل قطعات را پس از تنظیم شبیه‌سازی از 0.5 میلی‌متر به 0.05 میلی‌متر برای نازل‌های سوخت موتورهای هوایی کاهش داد و فاصله مونتاژ را حتی 80 درصد افزایش داد.
4. برای چیدن چیزها برنامه ریزی کنید: مطمئن شوید که همه چیز به طور منظم درست است
پلت فرمی برای مونتاژ چیزهایی که بسیار سفت است
استفاده از پایه سختی{0} بالا، سیستم انتقال و هدایت دقیق، و طراحی یکپارچه برای کاهش تأثیر تغییر شکل تجهیزات بر هم محوری مونتاژ. به عنوان مثال، در خط مونتاژ موتورهای ربات انسان نما، از طراحی سازگار با محیط (مانند حفظ دما) برای کاهش تعداد اشتباهات سیستم استفاده می شود.
مجموعه ای برای موقعیت یابی بصری و کنترل نیرو
برای یافتن موقعیت و جهت قطعات مهمی مانند استاتور و روتور، و جبران هرگونه اشتباه در هنگام مونتاژ، یک سیستم دید{0} با دقت بالا اضافه کنید. در همان زمان، سنسورهای کنترل نیرو یکپارچه در انتهای آن قرار می گیرند تا تغییرات نیرو و گشتاور را در زمان واقعی در چندین جهت تحت نظر داشته باشند و "درج انعطاف پذیر" را ممکن می کند. به عنوان مثال، یک شرکت از فناوری کنترل نیرو استفاده می کند تا از تغییر مونتاژ موتور و نیروی فشار بیش از ± 5N جلوگیری کند که از شکستن یاتاقان ها جلوگیری می کند.
بازخورد در یک حلقه بسته و ظرفیت ردیابی داده ها
جمع آوری داده ها در مورد فشار، جابجایی، گشتاور و سایر عوامل در زمان واقعی در طول فرآیند مونتاژ و مقایسه آنها با پنجره فرآیند از پیش تعیین شده. اگر مشکلی پیش بیاید، سیستم به طور خودکار زنگ هشدار را به صدا در می آورد یا اقدامی انجام می دهد. به عنوان مثال، یک شرکت برای هر موتور ربات انسان نما، سوابق فرآیند مونتاژ جداگانه ایجاد می کند، کنترل فرآیند آماری (SPC) و قابلیت ردیابی کیفیت را ارائه می دهد و ثبات دسته ای را بهتر از 99.9 درصد می کند.
5. موارد و روندهای صنعت که باید منتظر آن باشیم
حوزه هوافضا
GE Aviation از فناوری SLM برای چاپ نازل های سوخت موتورهای LEAP استفاده می کند. این 20 قطعه را در یک قطعه ترکیب می کند و 25 درصد سبک تر و 5 برابر بیشتر دوام می آورد. به لطف کنترل ترکیبی بهینه سازی پارامتر چاپ و ماشینکاری دقیق CNC، دقت مونتاژ آن 0.01 میلی متر است.
رشته ایمپلنت های پزشکی
Johnson&Johnson DePuy Synthes از فنجان های استابولار آلیاژ تیتانیوم پرینت سه بعدی استفاده می کند تا با استفاده از پولیش الکترولیتی سطح را در زیر Ra0.8 میکرومتر صاف نگه دارد. این، همراه با طراحی ساختاری متخلخل، رشد استخوان را تا 40٪ سرعت می بخشد.