Gli stampi per stampa 3D in metallo possono raggiungere la consistenza del lotto?

però, Il problema principale con la coerenza dei lotti è la "discontinuità" tra il laboratorio e l'officina.
Il principio fondamentale del processo di stampa 3D in metallo è la “fusione e impilamento strato per strato”, che comprende vari aspetti multidimensionali, tra cui la regolazione dell’energia laser, l’uniformità della distribuzione della polvere e il controllo del gradiente di temperatura. In un ambiente di laboratorio, è facile stampare singoli stampi di alta-qualità utilizzando una tecnologia di precisione e spazi ristretti. Tuttavia, quando si tratta di produzione di massa, i seguenti problemi diventano variabili importanti che limitano la coerenza:
Fluttuazioni del materiale: le differenze nei lotti di polvere metallica, come la distribuzione dimensionale delle particelle, la quantità di ossigeno e la quantità di impurità, hanno un impatto diretto sulla qualità del flusso e della solidificazione del metallo durante il processo di fusione. Ciò può portare a differenze di dimensioni o prestazioni nello stesso modello di progettazione se stampato in lotti diversi. Ad esempio, se il livello di ossigeno nella polvere di lega di titanio aumenta dello 0,01%, la sua capacità di resistere alla fatica può diminuire dal 5% al ​​10%.
Finestra di processo ridotta: modifiche di solo una piccola percentuale nella potenza del laser, nella velocità di scansione e nello spessore dello strato (ad esempio variazioni di potenza di ± 1%) possono provocare crepe, porosità o deformazione. Ad esempio, lo spessore delle pareti dei canali di raffreddamento interni delle pale delle turbine dei motori aeronautici deve essere mantenuto tra 0,3 e 0,5 mm. Se uno qualsiasi di questi parametri cambia, i canali potrebbero bloccarsi o la struttura potrebbe cedere.
Stabilità delle apparecchiature: man mano che i tempi di stampa si allungano, i problemi legati all'invecchiamento delle apparecchiature, tra cui la perdita di energia del laser, la deriva nella precisione della scansione dello specchio e le variazioni di temperatura della cavità di stampaggio, si aggiungeranno lentamente a ulteriori errori. Un gruppo di standard internazionali ha eseguito un test che ha dimostrato che la precisione dimensionale dei materiali stampati potrebbe scendere da ± 20 μm a ± 50 μm dopo che un singolo dispositivo ha funzionato per 500 ore consecutive.
Incertezza dopo la lavorazione: gli stampi spesso necessitano di essere sabbiati e lucidati dopo la realizzazione per soddisfare gli standard di rugosità superficiale come Ra inferiore o uguale a 0,8 μm. Questo metodo potrebbe causare nuovi errori dimensionali, soprattutto nelle microstrutture come i canali di diramazione dei corsi d'acqua conformi, che la lavorazione standard non può sempre garantire che siano uguali.
2, Rivoluzione tecnologica: creazione di un meccanismo per il controllo dell’intera catena che garantisca coerenza
L'industria ha lentamente costruito una barriera tecnologica per la coerenza dei lotti lavorando insieme in quattro dimensioni su "hardware, software, processo e materiali". Prendendo come esempio aziende leader come Yunyao Shenwei, le loro soluzioni possono essere raggruppate in tre categorie principali:
1. Stabilità dell'hardware: risoluzione dei problemi alla fonte
Sistema di distribuzione della polvere ad alta-precisione: utilizza un design di cambio della polvere senza-contatto e cambio del cilindro integrato per evitare che le polveri si mescolino. La purezza della polvere è arrivata a oltre il 99,9% grazie alle tecnologie di screening delle vibrazioni e di rimozione delle impurità del campo magnetico. Ad esempio, le macchine di Yunyao Shenwei possono controllare costantemente lo spessore di ogni strato entro 2-10 μm, assicurandosi che la polvere si distribuisca uniformemente in ogni strato entro ±5 μm.
Controllo-a circuito chiuso dell'energia laser: utilizzando il monitoraggio-in tempo reale della potenza laser, della forma del punto e della distribuzione dell'energia, insieme ad algoritmi di compensazione dinamica, le variazioni di energia vengono mantenute entro ± 0,5%. Una particolare azienda ha prodotto un sistema di scansione sincrona a dieci-laser che non solo rende la stampa cinque volte più veloce rispetto alle apparecchiature tipiche, ma riduce anche la ruvidità della superficie a Ra inferiore o uguale a 1,6 μ m ottimizzando la sovrapposizione dei punti.
Sistema di controllo ambientale: dispone di un modulo di controllo della temperatura multi-zona e di un sistema di circolazione del gas inerte nella cavità di stampaggio. Mantiene il gradiente di temperatura entro ± 2 gradi e la concentrazione di ossigeno al di sotto di 50 ppm, evitando così la deformazione causata dallo stress termico.
2. Ottimizzazione dei processi: da experience-based a data-based
Libreria di parametri e simulazione del processo: crea una libreria di parametri di processo che includa materiali comuni come la lega di titanio e l'acciaio per stampi. Quindi, utilizza l'analisi degli elementi finiti (FEA) per simulare il comportamento del bagno di fusione nel tempo, prevedere come si deformerà e migliorare le strutture di supporto. Ad esempio, un’azienda ha utilizzato la simulazione per ridurre la distorsione della stampa degli ugelli del carburante dei motori aeronautici da 0,8 mm a 0,2 mm.
Monitoraggio online e feedback in un ciclo chiuso: utilizza-fotocamere ad alta velocità e termometri a infrarossi durante il processo di stampa per ottenere informazioni importanti come la forma del bagno di fusione e la distribuzione del campo di temperatura in tempo reale. Utilizza algoritmi di apprendimento automatico per modificare al volo i percorsi di scansione e le impostazioni di alimentazione. La libreria di processi intelligenti di Yunyao Shenwei ha combinato più di 100.000 serie di caratteristiche dei materiali. Con un solo clic, è in grado di trovare la migliore soluzione di stampa, migliorando la consistenza delle dimensioni entro ± 10 μm.
Stampa con più di un tipo di materiale: per soddisfare le esigenze funzionali delle diverse parti dello stampo, come resistenza all'usura e conduttività termica, è necessario migliorare la tecnologia di stampa dei materiali sfumati. Ad esempio, uno strato di lega di rame con eccellente conduttività termica viene posizionato sulla superficie di un canale conforme, mentre la struttura principale è realizzata in lega di titanio ad alta resistenza. Questo viene fatto utilizzando la tecnologia di gestione dell'interfaccia dei materiali per creare un legame senza soluzione di continuità.
3. Tracciabilità della qualità: dal controllo di un articolo al controllo dell'intero processo
Digital Twin: crea modelli virtuali per ciascun dispositivo, tieni traccia dello stato di funzionamento e delle impostazioni di stampa delle apparecchiature reali in tempo reale e utilizza la tecnologia data twin per avvisare di possibili problemi prima che si verifichino. Questa tecnologia ha aiutato un'azienda a ridurre i tempi di inattività delle apparecchiature del 40% e ad aumentare la produttività di stampa al 98,5%.
Un sistema completo di tracciabilità della qualità del processo che comprende la gestione dei lotti di polvere, il monitoraggio del processo di stampa e il test del prodotto completato, tutti elementi che costituiscono una catena di dati a ciclo chiuso-. Ogni stampo, ad esempio, ha la propria etichetta digitale che può essere scansionata per trovare l'attrezzatura di stampa, le impostazioni dei parametri, il lotto di polvere e il rapporto di test. Ciò rende facile trovare difetti e ritenere le persone responsabili.
Standard per test standardizzati: aiuta a creare standard internazionali per aspetti quali proprietà meccaniche (come resistenza alla trazione e durata a fatica), precisione dimensionale (come l'analisi della deviazione tridimensionale della scansione CT), qualità della superficie (come la misurazione dell'interferometro a luce bianca) e altro ancora. Ciò aiuterà il settore a crescere in modo standardizzato.
3, Pratica di industrializzazione: applicazione su larga scala dall'aviazione all'assistenza sanitaria
Dobbiamo testare il reale valore dei progressi tecnologici utilizzandoli nell’industria. Al momento, gli stampi per stampa 3D in metallo possono realizzare lotti di prodotti coerenti in molti campi-di fascia alta:
Aerospaziale: COMAC C929 utilizza la tecnologia SLM per stampare i supporti delle ali in lega di titanio. Raggiunge una deviazione dimensionale inferiore o uguale a ± 15 μ m nella produzione in lotti di 200 pezzi mediante collaborazione multi-laser e controllo-a circuito chiuso. Supera anche i test di fatica e diminuisce il peso del 15%. La topologia del canale di raffreddamento rigenerativo ha migliorato la camera di spinta del razzo SpaceX, riducendo il ciclo di stampa dai soliti 6 mesi a 3 settimane e consentendo 500 test del ciclo termico senza guasti.
Stampo medico: stampo stampato in 3D- per un dispositivo di fusione intersomatica in lega di titanio porosa che riduce il ciclo di iniezione da 120 secondi a 45 secondi e aumenta il tasso di certificazione del prodotto dall'85% al ​​99%; Lo stampo su misura per corone dentali in lega di cobalto-cromo può essere personalizzato in sole 2 settimane o 3 giorni e, quando vengono realizzati 5.000 pezzi contemporaneamente, la dimensione è sempre compresa tra ± 20 μm.
Stampo automobilistico: una nuova azienda di veicoli energetici ha utilizzato la stampa 3D per realizzare stampi per scatole di batterie, riducendo la procedura di saldatura da 12 a 3 e rendendo la carrozzeria più rigida del 20%. Ha creato una linea di produzione di stampa 3D che può produrre 50.000 pezzi all’anno. Il costo per articolo è inferiore del 35% rispetto ai metodi tradizionali.