Metal 3D baskı kalıpları parti tutarlılığını sağlayabilir mi?

一, Parti tutarlılığıyla ilgili temel sorun, laboratuvar ile atölye arasındaki "süreksizliktir".
Metal 3D baskı işleminin temel prensibi, lazer enerjisi düzenlemesi, toz dağıtım tekdüzeliği ve sıcaklık gradyanı kontrolü dahil olmak üzere çeşitli çok boyutlu hususları kapsayan "katman katman eritme ve istifleme"dir. Laboratuvar ortamında, hassas teknolojiyi ve kısıtlı alanları kullanarak yüksek-kaliteli tek kalıpları basmak kolaydır. Ancak seri üretim söz konusu olduğunda aşağıdaki sorunlar tutarlılığı sınırlayan başlıca değişkenler haline gelir:
Malzeme dalgalanmaları: Parçacıkların boyut dağılımı, oksijen miktarı ve yabancı maddelerin miktarı gibi metal tozu partilerindeki farklılıklar, metalin eritme işlemi sırasında ne kadar iyi aktığı ve katılaştığı üzerinde doğrudan etkiye sahiptir. Bu, farklı partiler halinde yazdırıldığında aynı tasarım modelinde boyut veya performans farklılıklarına yol açabilir. Örneğin titanyum alaşımı tozundaki oksijen seviyesi %0,01 oranında artarsa ​​yorulmaya karşı direnç yeteneği %5 ila %10 oranında azalabilir.
Küçük işlem penceresi: Lazer gücünde, tarama hızında ve katman kalınlığında sadece yüzde birkaç oranındaki değişiklikler (örneğin ± %1 güç değişiklikleri) çatlaklara, gözenekliliğe veya deformasyona neden olabilir. Örneğin uçak motoru türbin kanatlarının iç soğutma kanallarının et kalınlığı 0,3 ile 0,5 mm arasında tutulmalıdır. Bu parametrelerden herhangi birinin değişmesi durumunda kanallar tıkanabilir veya yapı çökebilir.
Ekipman stabilitesi: Baskı süreleri uzadıkça, lazer enerji kaybı, ayna tarama doğruluğunda sapma ve kalıplama boşluğu sıcaklığı değişiklikleri gibi eskiyen ekipmanlarla ilgili sorunlar yavaş yavaş daha fazla hataya neden olacaktır. Uluslararası standartlar grubu, tek bir cihazın 500 saat boyunca aralıksız çalıştırılmasının ardından basılı materyallerin boyutsal doğruluğunun ± 20 µm'den ± 50 µm'ye düşebileceğini gösteren bir test yaptı.
İşleme sonrası belirsizlik: Ra 0,8 μm'den az veya ona eşit gibi yüzey pürüzlülüğü standartlarını karşılamak için kalıpların genellikle yapıldıktan sonra kumlanması ve cilalanması gerekir. Bu yöntem, özellikle standart işlemenin her zaman aynı olduğundan emin olamadığı uyumlu su yollarının dal kanalları gibi mikro yapılarda yeni boyutsal hatalara neden olabilir.
2, Teknolojik atılım: Tutarlılığı garanti eden tam zincir kontrolü için bir mekanizma yaratmak
Endüstri, "donanım, yazılım, süreç ve malzemeler" üzerinde dört boyutta birlikte çalışarak parti tutarlılığı için yavaş yavaş teknolojik bir bariyer oluşturdu. Yunyao Shenwei gibi önde gelen şirketleri örnek olarak kullanırsak, onların çözümleri üç ana kategoriye ayrılabilir:
1. Donanım kararlılığı: Sorunları kaynağında düzeltmek
Yüksek-hassasiyetli toz yayma sistemi: tozların karışmasını önlemek için temassız-toz değiştirme ve entegre silindir değiştirme tasarımı kullanır. Titreşim tarama ve manyetik alan kirliliği giderme teknolojileri sayesinde tozun saflığı %99,9'un üzerine çıktı. Örneğin, Yunyao Shenwei'nin makineleri her katmanın kalınlığını 2–10 μm dahilinde tutarlı bir şekilde kontrol edebiliyor ve tozun her katmanda ±5 μm dahilinde eşit şekilde yayılmasını sağlıyor.
Lazer enerjisinin kapalı-döngü kontrolü: Lazer gücünün, nokta şeklinin ve enerji dağılımının gerçek-zamanlı izlenmesi ve dinamik dengeleme algoritmaları kullanılarak, enerji değişiklikleri ±%0,5 dahilinde tutulur. Belirli bir şirket, yazdırmayı tipik ekipmana göre beş kat daha hızlı hale getirmekle kalmayıp, aynı zamanda nokta örtüşmesini optimize ederek yüzey pürüzlülüğünü Ra 1,6 μm'den daha az veya ona eşit olan on-lazerli bir eşzamanlı tarama sistemi üretti.
Çevresel kontrol sistemi: Çok-bölgeli bir sıcaklık kontrol modülüne ve kalıplama boşluğunda bir inert gaz sirkülasyon sistemine sahiptir. Sıcaklık gradyanını ± 2 derece içinde ve oksijen konsantrasyonunu 50 ppm'nin altında tutar, bu da termal stresin neden olduğu çarpık deformasyonu durdurur.
2. Süreç optimizasyonu: deneyime-tabanlıdan veriye-tabanlı
Parametre kitaplığı ve süreç simülasyonu: Titanyum alaşımı ve kalıp çeliği gibi yaygın malzemeleri içeren bir süreç parametreleri kitaplığı oluşturun. Ardından, erimiş havuzun zaman içinde nasıl davranacağını simüle etmek, nasıl deforme olacağını tahmin etmek ve destek yapılarını iyileştirmek için sonlu elemanlar analizini (FEA) kullanın. Örneğin bir şirket, havacılık motoru yakıt püskürtme memelerinin baskı distorsiyonunu 0,8 mm'den 0,2 mm'ye azaltmak için simülasyondan yararlandı.
Kapalı döngüde çevrimiçi izleme ve geri bildirim: Erimiş havuzun şekli ve sıcaklık alanı dağılımı gibi önemli bilgileri gerçek zamanlı olarak almak için yazdırma işlemi sırasında yüksek-hızlı kameralar ve kızılötesi termometreler kullanın. Tarama yollarını ve güç ayarlarını anında değiştirmek için makine öğrenimi algoritmalarını kullanın. Yunyao Shenwei'nin akıllı süreç kütüphanesi 100.000'den fazla malzeme özelliği setini bir araya getirmiştir. Tek bir tıklamayla en iyi yazdırma çözümünü bulabilir ve boyut tutarlılığını ± 10 μm dahilinde daha iyi hale getirir.
Birden fazla malzeme türüyle baskı: Kalıbın farklı parçalarının aşınma direnci ve termal iletkenlik gibi işlevsel ihtiyaçlarını karşılamak için degrade malzeme baskı teknolojisini geliştirmeniz gerekir. Örneğin, mükemmel ısı iletkenliğine sahip bir bakır alaşımı tabakası konformal bir kanalın yüzeyine yerleştirilirken, ana yapı yüksek-mukavemetli titanyum alaşımından yapılmıştır. Bu, kesintisiz bir bağ oluşturmak için malzeme arayüz yönetimi teknolojisi kullanılarak yapılır.
3. Kalite izlenebilirliği: bir öğenin kontrol edilmesinden tüm sürecin kontrol edilmesine kadar
Dijital İkiz: Her cihaz için sanal modeller oluşturun, gerçek ekipmanın çalışma durumunu ve yazdırma ayarlarını gerçek zamanlı olarak takip edin ve olası sorunları ortaya çıkmadan önce uyarmak için veri ikizleme teknolojisini kullanın. Bu teknoloji, bir işletmenin ekipmanın aksama süresini %40 oranında azaltmasına ve baskı çıktısını %98,5'e yükseltmesine yardımcı oldu.
Toz partilerinin yönetilmesini, baskı sürecinin izlenmesini ve tamamlanan ürünün test edilmesini içeren eksiksiz bir süreç kalitesi izlenebilirlik sistemi; bunların tümü kapalı bir{0}}döngü veri zinciri oluşturur. Örneğin her kalıbın, baskı ekipmanını, parametre ayarlarını, toz partisini ve test raporunu bulmak için taranabilen kendi dijital etiketi vardır. Bu, hataları bulmayı ve insanları sorumlu tutmayı kolaylaştırır.
Standartlaştırılmış testler için standartlar: Mekanik özellikler (gerilme mukavemeti ve yorulma ömrü gibi), boyutsal doğruluk (CT taraması üç-boyutlu sapma analizi gibi), yüzey kalitesi (beyaz ışık interferometre ölçümü gibi) ve daha fazlası için uluslararası standartların oluşturulmasına yardımcı olun. Bu, endüstrinin standart bir şekilde büyümesine yardımcı olacaktır.
3, Sanayileşme Uygulaması: Havacılıktan Sağlığa Büyük Ölçekli Uygulama
Teknolojik gelişmelerin gerçek değerini sanayide kullanarak test etmemiz gerekiyor. Şu anda metal 3D baskı kalıpları, birçok üst düzey alanda tutarlı ürün grupları oluşturabiliyor-:
Havacılık: COMAC C929, titanyum alaşımından yapılmış kanat desteklerini basmak için SLM teknolojisini kullanır. Çoklu-lazer işbirliği ve kapalı-döngü kontrolü ile 200 parçalık seri üretimde ± 15 μm'den küçük veya eşit boyut sapmasına ulaşır. Ayrıca yorulma testinden geçer ve ağırlığı %15 oranında azaltır. Rejeneratif soğutma kanalı topolojisi, SpaceX roketi itme odasını iyileştirerek, baskı döngüsünü olağan 6 aydan 3 haftaya indirdi ve 500 ısı döngüsü testinin hatasız yapılmasına olanak sağladı.
Tıbbi kalıp: Enjeksiyon döngüsünü 120 saniyeden 45 saniyeye kısaltan ve ürün sertifikasyon oranını %85'ten %99'a yükselten, gözenekli bir titanyum alaşımı gövdeler arası füzyon cihazı için 3D-baskılı kalıp; Ismarlama kobalt krom alaşımlı diş kronu kalıbı sadece 2 hafta ila 3 gün içinde özelleştirilebilir ve tek seferde 5000 parça yapıldığında boyut her zaman ± 20 μm dahilinde olur.
Otomotiv kalıbı: Yeni bir enerji aracı firması, kaynak prosedürünü 12'den 3'e indiren ve gövdeyi %20 daha sert hale getiren akü kutusu kalıpları yapmak için 3D baskıyı kullandı. Yılda 50.000 adet üretebilecek 3D baskı üretim hattı kurdu. Ürün başına maliyet geleneksel yöntemlere göre %35 daha düşüktür.