Come evitare la deformazione durante la lavorazione delle parti metalliche stampate in 3D?

一, Fase di progettazione: ottimizzazione della topologia mediante simulazione delle sollecitazioni
1. Simulazione della distribuzione delle tensioni e ricostruzione della struttura
Un'azienda che produce pale di turbine per l'industria aerospaziale ha utilizzato il software Simufact Additive per eseguire una simulazione di accoppiamento termico-meccanico. Hanno osservato che i progetti tipici mostrano una concentrazione di sollecitazioni nella zona di transizione della radice della pala. La modifica della transizione ad angolo retto in una transizione ad angolo arrotondato con un raggio di 5 mm e il riempimento dell'area non soggetta a sollecitazioni con una struttura reticolare hanno ridotto il picco di sollecitazione da 420 MPa a 280 MPa e la deformazione della stampa del 62%. Questo scenario mostra che l'ottimizzazione della topologia basata sulla simulazione può individuare in anticipo-punti di stress elevati e distribuire lo stress anche modificando la struttura.
2. Progettazione intelligente di strutture che sostengono
Nella progettazione tradizionale dei supporti vengono utilizzate formule empiriche che possono facilmente causare un accumulo di calore in un'area. Il software VoxelDance Engineering di Manga Technology utilizza la tecnologia di compensazione della deformazione della scansione per creare automaticamente strutture di supporto che si adattano alle forme delle parti. Questo metodo migliora la densità della distribuzione del supporto durante la stampa di maniglie per articolazioni artificiali in un'azienda di dispositivi medici. Riduce la profondità del danno superficiale causato dalla rimozione del supporto dopo la sinterizzazione da 0,3 mm a 0,05 mm e riduce la quantità di materiale di supporto necessaria del 30%.
3. Costruire un modello per la compensazione pre-della deformazione
Per i corpi delle valvole idrauliche aeronautiche che devono avere una precisione entro ± 0,02 mm, Platinum Technology Company utilizza un processo-a ciclo chiuso chiamato "compensazione scansione stampa". In questo processo, il modello originale viene stampato con acciaio inossidabile 316L e lo scanner 3D ATOS Triple Scan ottiene i dati effettivi sulla deformazione. Questi dati vengono quindi utilizzati per creare un modello di pre-deformazione inversa nel software Magics. Dopo due cicli di correzione, la tolleranza dimensionale essenziale delle parti è passata da ± 0,15 mm a ± 0,03 mm, che è ciò che richiedono gli standard aeronautici.
2, Fase del processo: controllo collaborativo di più parametri
1. Modificare al volo le impostazioni del laser
L'apparecchiatura Huashu High Tech FS200M ha modificato dinamicamente la potenza del laser e la velocità di scansione durante la stampa della camera di combustione di un determinato motore tenendo d'occhio il campo di temperatura del bagno di fusione in tempo reale. Nell'area dello spessore della parete di 3 mm è stato utilizzato il parametro 800 W/1200 mm/s, mentre nell'area dello spessore della parete di 0,8 mm è stato utilizzato il parametro 600 W/800 mm/s. Questa regolazione dei parametri di partizione riduce l'apporto di calore nelle sezioni a pareti sottili-del 40% e lo stress residuo del 55%. Risolve anche il problema della deformazione da sinterizzazione nella struttura a sbalzo da 0,5 mm.
2. Miglioramento della procedura di stesura della polvere
L'apparecchiatura EOS M 400-4 utilizza la tecnologia di distribuzione adattiva della polvere per gestire l'effetto dello spessore dello strato di polvere sulla deformazione. Mantiene lo spessore dello strato a 40 μ m nella regione di supporto e lo modifica dinamicamente a 25 μ m nell'area della superficie a forma libera. I dati dei test dimostrano che questo approccio riduce il disallineamento tra gli strati delle parti a parete sottile da 0,12 mm a 0,03 mm e aumenta il valore Ra della rugosità superficiale da 12,5 μm a 6,3 μm.
3. Controllo dell'atmosfera tramite gas inerte
Il dispositivo Platinum BLT-S800 mantiene i livelli di aria e umidità molto bassi (meno del 10% di umidità relativa e 50 ppm) durante la stampa di impianti ortopedici in lega di titanio. Questo viene fatto utilizzando un sistema di controllo-a circuito chiuso. Esperimenti che confrontano diversi ambienti hanno dimostrato che questo può abbassare il tasso di ossidazione della polvere dallo 0,8% allo 0,15%. Ciò risolve il problema delle pellicole di ossido che rendono difficile la connessione degli strati e rende le parti più resistenti del 18%.
3,La fase di post-elaborazione avviene quando i difetti vengono corretti e le prestazioni vengono migliorate.
1. Trattamento di densificazione con pressatura isostatica a caldo (HIP).
Una particolare azienda di motori aeronautici ha utilizzato l'apparecchiatura di pressatura isostatica a caldo QIH-15 litri per lavorare su parti in lega ad alta temperatura Inconel 718. Mantenere le parti a 1200 gradi/150 MPa per 4 ore le ha rese più dense (dal 99,2% al 99,98%) e meno porose (dallo 0,3% allo 0,002%). La durata a fatica delle parti lavorate è tre volte più lunga e le microfessure formatesi durante il processo di sinterizzazione sono completamente scomparse.
2. Processo di trattamento termico a gradiente
Per i corpi delle valvole idrauliche in acciaio inossidabile 316L, eseguire un processo di trattamento termico in tre- fasi: ricottura di distensione a 550 gradi per 2 ore, trattamento con soluzione a 1050 gradi per 1 ora e trattamento di invecchiamento a 480 gradi per 4 ore. Questa procedura rende le parti più dure, passando da 180HV a 280HV, e abbassa lo stress residuo, passando da 320MPa a 80MPa. Ciò risolve il problema del rimbalzo dimensionale dopo la lavorazione.
3. Tecnologia per rimuovere il supporto intelligente
Sulle apparecchiature DMG MORI LASERTEC 65 3D, per la rimozione del supporto viene utilizzato un centro di lavoro a cinque assi: la forza di taglio viene monitorata in tempo reale attraverso il sistema Force Control e la velocità di avanzamento viene regolata automaticamente. I test hanno dimostrato che questa tecnologia rende più semplice del 40% la rimozione del supporto e mantiene la profondità del danno superficiale entro 0,02 mm, che è ciò di cui hanno bisogno le parti aeronautiche per rimanere intatte.