مشکلات در کنترل خطاهای ابعادی قالب های پرینت سه بعدی فلزی چیست؟

1. ناهماهنگی ابعادی ناشی از انقباض مواد و تنش حرارتی
در طی فرآیند پرینت سه بعدی، مواد فلزی از طریق یک تغییر فاز جامد-مایع-جامد می‌روند. ضریب انبساط حرارتی و نرخ انقباض موارد اصلی هستند که بر دقت ابعاد تأثیر می‌گذارند. به عنوان مثال، استفاده از موادی که اغلب استفاده می شود:

فولاد ضد زنگ (مانند 316L): میزان انقباض خنک کننده تقریباً 4٪ است. اگر اصلاح معکوس در مرحله مدل سازی انجام نشود، قالب 100 میلی متری می تواند به 96 میلی متر کوچک شود که خارج از محدوده تحمل ± 0.1 میلی متر است.
آلیاژهای تیتانیوم (مانند Ti-6Al-4V) تقریباً 2٪ منقبض می شوند، اما تنش حرارتی سریعتر ایجاد می شود، که می تواند به راحتی باعث تاب خوردن شود، به ویژه در ساختمان هایی با دیوارهای نازک یا کنسول.
پیشرفت دشواری: برای یافتن نرخ انقباض واقعی، باید از ابزارهای مهندسی معکوس مانند Geomagic Control X استفاده کنید. همچنین باید از فرمول "اندازه جبران شده=اندازه طراحی ÷ (1-نرخ انقباض)" در مرحله مدل‌سازی استفاده کنید. به عنوان مثال، قالب های ساخته شده از فولاد ضد زنگ باید 4.2٪ بزرگتر (100mm → 104.2mm) و قالب های ساخته شده از آلیاژهای تیتانیوم باید 2.04٪ (100mm → 102.04mm) بزرگتر باشند. فن آوری جبران جهت نیز ممکن است سناریوهای دشواری را کنترل کند که نرخ انقباض محور Z 10٪ بیشتر از محور XY در روش های SLM باشد.

2. بهبود پارامترهای فرآیند: تکنیک برای متعادل کردن چگالی انرژی و ضخامت لایه
برای اینکه پرینت سه بعدی فلزی دقیق باشد، ویژگی هایی مانند قدرت لیزر، سرعت اسکن و ضخامت لایه باید به طور هماهنگ کنترل شوند. هر گونه تغییر در یک پارامتر می تواند مشکلات ابعادی ایجاد کند.

چگالی انرژی کافی نیست: اگر توان لیزر خیلی کم باشد یا سرعت اسکن خیلی سریع باشد، پودر تا آخر ذوب نمی‌شود، که باعث ایجاد نقص‌های همجوشی ناقص می‌شود. این امر اتصال بین لایه‌ها را ضعیف می‌کند و اندازه جسم را کمتر پایدار می‌کند.
چگالی انرژی بالا: اگر قدرت لیزر بیش از 5٪ تغییر کند، حوضچه مذاب به شدت پاشیده می شود و فلز مایع به ذرات گرد روی پودر ذوب نشده تبدیل می شود. این باعث ناهمواری سطح و تغییر اندازه می شود.
انتخاب ضخامت لایه ها: ضخامت لایه 0.1 میلی متر می تواند کارها را کارآمدتر کند، اما الگوها واضح هستند و زبری Ra بزرگتر از 5 میکرومتر است. ضخامت لایه 0.03-0.05 میلی متر می تواند زبری Ra را ایجاد کند<3 μ m, but it will take more than three times longer to print.
مطالعه موردی: یک شرکت هواپیمایی از فناوری SLM برای چاپ پره های توربین استفاده کرد. آنها از آزمایش‌های متعامد برای یافتن بهترین ترکیب پارامترها استفاده کردند: توان لیزر 300 وات، سرعت اسکن 1200 میلی‌متر بر ثانیه، ضخامت لایه 0.05 میلی‌متر و مسیر اسکن متقاطع (لایه‌های مجاور در امتداد محور X/Y اسکن شدند). تحمل ابعادی به طور موثر در ± 0.05 میلی متر مدیریت شد، مطابق با استانداردهای هوافضا.

3. دقت تجهیزات: از کالیبراسیون سخت افزار تا کنترل حرکت
مبنای فیزیکی برای کنترل اندازه، دقت تجهیزات است. برای دستیابی به این هدف، سه بخش باید با هم کار کنند: ساختار مکانیکی، سیستم حرکت و حسگرها.

تراز بودن سکو: اگر سکوی چاپ تراز نباشد، ممکن است ضخامت لایه ها یکسان نباشد، که ممکن است باعث شود ابعاد "از یک طرف ضخیم و از طرف دیگر نازک" باشد. برای اطمینان از اینکه اختلاف خواندن بین پنج نقطه (چهار گوشه به اضافه مرکز) روی پلت فرم کمتر یا مساوی 0.05 میلی متر است، به یک عدد سنج با دقت 0.01 میلی متر نیاز دارید.
بین پیچ سرب و ریل راهنما فاصله وجود دارد: اگر فاصله خیلی زیاد باشد، هد چاپ خیلی دور می شود. اگر به آن بگویید 10 میلی متر حرکت کند، واقعاً 10.02 میلی متر حرکت می کند. برای پیدا کردن اشتباه فاصله سوراخ ها، باید یک صفحه صاف با تعداد زیادی سوراخ کوچک (قطر 5 میلی متر و فاصله 20 میلی متر) چاپ کنید و از ابزار اندازه گیری مختصات استفاده کنید. سپس، می توانید با استفاده از «نسبت دنده الکترونیکی» نرم افزار دستگاه، مشکل را برطرف کنید.
کالیبراسیون قطر لکه لیزری: اگر قطر نقطه را اشتباه تنظیم کنید (مثلاً اگر واقعاً 0.1 میلی متر است اما برنامه می گوید 0.08 میلی متر است)، ممکن است "بیش از سوختن" یا "تحت سوختن" داشته باشید. یک خط مستقیم به طول 10 میلی متر چاپ کنید، سپس عرض واقعی را اندازه بگیرید و آن را با آنچه برنامه می گوید مقایسه کنید. اگر خطا بیش از 0.02 میلی متر باشد باید آن را برطرف کنید.
4. طراحی ساختار نگهدارنده: یافتن تعادل مناسب بین قدرت و سهولت حذف
ساختار پشتیبان صرفا "اسکلت" نیست که مدل را از تغییر شکل باز می دارد، بلکه می تواند علت خطاهای اندازه باشد:

فاصله بیش از حد بین تکیه گاه ها: اگر فضای بین تکیه گاه ها روی قطعات معلق (مانند یک کنسول 5 میلی متری) بیش از 3 میلی متر باشد، ممکن است مورد در حین چاپ افتادگی کند که باعث تغییر اندازه می شود.
زاویه تکیه گاه شیب دار: اگر زاویه بین تکیه گاه و قطعه کمتر از 45 درجه باشد، برداشتن تکیه گاه می تواند به راحتی "کشیده" و شکل قطعه را تغییر دهد، به خصوص اگر دیواره نازک- (ضخامت) باشد.<2mm).
در قسمت پایین تکیه گاه به اندازه کافی قوی نیست: اگر قطر پایین تکیه گاه 50% بزرگتر از قسمت بالایی نباشد، به دلیل کشش ناهموار، قطعات به راحتی می توانند کج شوند.
روش جدید برای حل مشکل:
استفاده از روش‌های بهینه‌سازی توپولوژی برای ساخت سازه‌های پشتیبانی سبک که قوی هستند اما به مواد کمتری نیاز دارند. برای برداشتن تکیه گاه ها و جلوگیری از اعوجاج ناشی از ضربه چکش به ابزارهای پیچیده ای مانند تیغه های برش اولتراسونیک نیاز دارید. با بهبود طراحی ساپورت، یکی از سازندگان قالب‌ها برای اتومبیل‌ها توانست تحمل ابعادی قطعات دیواره نازک- را از 0.2 ± تا 0.08 ± میلی‌متر افزایش دهد.

5. کنترل محیطی: اثرات نامشخص دما و رطوبت
مردم معمولاً به این فکر نمی کنند که چگونه شرایط محیطی بر ثبات ابعادی چاپ سه بعدی فلزی تأثیر می گذارد:

تغییرات دما: تغییرات دمای کارگاه بیش از 5 درجه (مثلاً 25 درجه در روز و 18 درجه در شب) می تواند باعث انبساط و انقباض تجهیزات شود که می تواند باعث تغییر اندازه شود. باید تهویه مطبوع نصب کنید که دما را در 2 ± 22 درجه نگه دارد.
جذب رطوبت پودر: اگر پودر فلز بیش از 0.1 درصد رطوبت داشته باشد، چاپ منافذ ایجاد می کند که ابعاد را ناپایدار می کند. پودر آگلومره شده را در الک 80 مشی ریخته و در فر 80 درجه به مدت 2 ساعت خشک کنید.