Alüminyumdan Özel Bir Giriş Manifoldunu 3D Yazdırabilir misiniz?

Çoğu metal3D baskılı alüminyum emme manifolduprojelerde lazer toz yatağı füzyonu (SLM veya L-PBF) kullanılır. Bir lazer, CAD dosyasına göre ince alüminyum tozu katmanlarını birbiri ardına eritir. Kalıp gerektirmez. Karmaşık iç raylar ve plenumlar tek parça halinde oluşturulabilir.

En yaygın alaşım AlSi10Mg'dir. Dayanıklılık, termal iletkenlik ve basılabilirlik arasında sağlam bir denge sunan döküm tipi bir alüminyum-silikon-magnezyum alaşımıdır. Düşük ağırlık ve yeterli ısı transferine ihtiyaç duyan otomotiv ve havacılık parçaları için yaygın olarak kullanılmaktadır. AlSi10Mg 3D baskı, tam olarak bu nedenlerden dolayı birçok özel alım uygulaması için varsayılan yol haline geldi.

Bir manifoldun hangi parçaları iyi adaylardır?
Optimize edilmiş akış yollarına, karmaşık plenumlara, entegre montaj özelliklerine ve geleneksel dökümde çekirdeklenmesi zor veya imkansız olan iç kanallara sahip koşucular en güçlü kullanım durumlarıdır. Çok az iç karmaşıklığa sahip basit dış şekiller, süreci nadiren haklı çıkarır.

Malzeme Bilimi ve Teknolojisi Dergisi'nde 2020 yılında yapılan karşılaştırmalı bir çalışmada SLM AlSi10Mg, döküm yoluyla üretilen aynı alaşımla karşılaştırıldı. SLM malzemesi daha yüksek gerilme mukavemeti (oda sıcaklığında döküm malzemesi için yaklaşık 313-315 MPa'ya karşılık kabaca 430-445 MPa) ancak daha düşük uzama gösterdi. Artık erimemiş toz parçacıkları, oksit kalıntıları ve gözenekler çatlak başlangıç ​​noktaları olarak hareket ettiğinden yorulma ömrü daha düşüktü.

2016 MATEC Web of Conferences makalesi, optimize edilmiş SLM parametrelerinin %99,13 bağıl yoğunluğa ulaşabileceğini bildirdi. Bu koşullar altındaki mekanik özellikler, ağır son işlemlere gerek kalmadan bile yüksek basınçlı döküm A360 alaşımıyla karşılaştırılabilir ve bazı durumlarda ondan daha iyidir.

Yerleşik toz tedarikçilerinin malzeme veri sayfaları, mukavemet, termal iletkenlik ve düşük yoğunluk kombinasyonundan dolayı, emme manifoldları da dahil olmak üzere motorla ilgili bileşenler için AlSi10Mg'yi listelemektedir.

Güç iyidir, ancak asıl dikkat edilmesi gerekenler gözenekler ve yorgunluktur
Statik güç, bir emme manifoldu için nadiren sınırlayıcı faktördür. Döngüsel yükleme, titreşim ve uzun vadeli yorulma direnci daha önemlidir. Artık gözeneklilik ve yüzeye bağlı kusurlar yorulma ömrünü kısaltabilir. Uygun proses kontrolü, yoğunluk kontrolleri ve ısıl işlem çok önemlidir.

Her zaman sormanızı tavsiye ettiğimiz üç kaliteli soru:

Sürekli olarak hangi bağıl yoğunluğa ulaşıyorsunuz ve bu nasıl ölçülüyor?

Hangi ısıl işlem döngüsü uygulanır: stres giderme, eskitme veya her ikisi?

Kritik akış yollarında CT taraması, basınç testi veya her ikisini birden mi yapıyorsunuz?

Yapılarımızda yoğunluk doğrulamanın ve doğru ısıl işlemin, uzun vadeli güvenilirlik açısından yalnızca basılmış çekme sayılarından daha büyük bir fark yarattığını gördük.

Hiçbir alet kullanılmaması, tasarım yinelemelerinin haftalar yerine günler içinde gerçekleşebileceği anlamına gelir. İç akış geometrisi, çekirdek ve taslak açılarının sınırlamaları olmadan optimize edilebilir. Normalde kaynak veya montaj gerektiren özellikler tek parça olarak basılabilir.

Kilo kaybı başka bir pratik kazançtır. FEV LeiMot projesinde, katmanlı imalatla yapılan AlSi10Mg silindir kafası, geleneksel dökümle karşılaştırıldığında 2,3 kg (%22) tasarruf sağladı ve ana motor bileşenleri birlikte yaklaşık %21 daha hafif oldu. Yakın zamanda Nikon SLM Solutions ve Bosch, AlSi10Mg'ye basılmış komple tek parçalı V8 motor bloğunu göstererek büyük, karmaşık alüminyum güç aktarma organı parçalarının artık üretim kapasiteli makinelerde gerçekçi olduğunu kanıtladı.

Bir müşterinin revize edilmiş yolluk geometrisine sahip küçük bir grup performans emme manifolduna ihtiyacı vardı. Döküm takımları planlanan tasarım döngüleri için çok yavaştı ve çok maliyetliydi.

Desteği mümkün olduğunca kritik akış yollarının dışında tutacak şekilde parçayı yönlendirdik, desteğin yerleşimini dikkatli bir şekilde kontrol ettik, gerilim giderme ısıl işlemi uyguladık ve sızdırmazlık yüzeylerini ve montaj arayüzlerini nihai toleransa göre CNC ile işledik. Parçalar ayrılmadan yoğunluk ve boyut kontrolleri tamamlandı. Manifoldlar gerekli akış ve sızdırmazlık performansını karşıladı ve geleneksel takımlama yönteminin izin verebileceğinden daha hızlı bir şekilde ulaştı.

Bu sıralama (baskı yönlendirmesi, kontrollü destekler, ısıl işlem, ardından sızdırmazlık yüzeylerinin CNC ile bitirilmesi), geometri karmaşıklığı ve programın yüksek hacimli birim maliyetten daha önemli olduğu durumlarda 3D baskılı alüminyum emme manifoldunu işlememizin standart yoludur.

Parça başına maliyetin hakim olduğu yüksek hacimli üretim arabaları için, kalıplama maliyeti ödendikten sonra geleneksel döküm hala daha ekonomiktir.

Sızdırmazlık yüzeyleri, kritik dişler ve hassas montaj yüzeyleri neredeyse her zaman baskıdan sonra CNC sonlandırma gerektirir. Tamamen yalnızca baskı yapan bir mağaza, kuruluma hazır bir manifold sunamaz. Bir araalüminyum 3D baskı hem ekleme adımını hem de gerekli işlemeyi tek çatı altında gerçekleştirebilen fabrika.

Polimer veya karbon fiberle güçlendirilmiş naylon manifoldlar daha da hafif olabilir ve bazı yarış prototiplerinde kullanılmıştır. Belirli yarış veya kısa süreli prototip ortamlarına uygundurlar ancak alüminyumla karşılaştırıldığında farklı sıcaklık ve uzun vadeli dayanıklılık sınırlarına sahiptirler. Sürekli motor ısısı altında doğrudan ikame değildirler.

Şu beş soruyu sorun:

Belirli bir yapı için malzeme sertifikaları ve ölçülen yoğunluk veya gözeneklilik verilerini sağlayabilir misiniz?

Kurum içi ısıl işlem (stres giderme veya yaşlandırma) yapıyor musunuz?

Yazdırma sonrasında yüzeyleri, bağlantı noktalarını ve montaj özelliklerini CNC makinesinde sızdırmaz hale getirebilir misiniz?

CT taraması, basınç testi, boyutsal raporlar gibi inceleme yöntemleri nelerdir?

Prototipler ve küçük partiler için gerçekçi teslim süreleri ve minimum miktarlar nelerdir?

Yetenekli bir özel emme manifoldu üreticisi veya küçük toplu emme manifoldu tedarikçisi net bir şekilde yanıt verecek ve proses kanıtlarını gösterebilecektir. Bir OEM emme manifoldu 3D baskı ortağı aynı zamanda otomotiv düzeyinde dokümantasyon ve izlenebilirlik konusunda deneyim sahibi olmalıdır. Belgelenmiş kalite sistemleri ve süreç kontrolleri, aynı standartların ilk prototipten sonraki küçük partiye kadar geçerli olduğuna dair ekstra güven sağlar.

3D baskılı emme manifoldunun maliyeti ne kadar parça hacmine (yapı yüksekliği ve toz kullanımı), destek yapısı hacmine, son işlemeye (ısıl işlem, işleme, yüzey bitirme) ve miktara bağlıdır. Daha büyük veya ağır şekilde desteklenen parçaların parça başına maliyeti daha yüksektir. Prototip teslim süreleri genellikle dosya hazır olduğunda günler ila birkaç hafta arasında ölçülür ve genellikle bir takım rotasından önemli ölçüde daha kısadır. Küçük üretim partileri aynı süreci daha az yinelemeyle takip eder.

Tam fiyatlandırma için CAD modeli ve spesifikasyonu gerekir. Ana maliyet etkenleri geometri karmaşıklığı, gerekli son işlemler ve sipariş hacmi olmaya devam ediyor.

İyi uygulanan 3D baskılı alüminyum emme manifoldu, geleneksel dökümün özel ve düşük hacimli işler için yarattığı takımlama gecikmesini ve tasarım esnekliği sorunlarını çözer. Başarı, doğru alaşımı seçmeye, yoğunluğu ve son işlemleri kontrol etmeye ve kritik yüzeyleri bitirebilen bir atölyeyle çalışmaya bağlıdır.