Come combinare la stampa 3D in metallo e la lavorazione CNC nel modo più ragionevole?

一, Complementarietà tecnologica: un cambiamento logico da "opposizione" a "simbiosi"
La stampa 3D in metallo (utilizzando la tecnologia SLM/DMLS come esempio) utilizza un laser per fondere la polvere metallica strato dopo strato, rendendo possibile la costruzione di complesse strutture interne tutte in una volta. I suoi principali vantaggi sono:
Innovazione nei gradi di libertà strutturale: in grado di realizzare strutture reticolari, canali di raffreddamento conformi, superfici irregolari e altre cose che le tipiche macchine CNC non possono fare. Ad esempio, un determinato corpo di valvola idraulica ottiene circuiti dell’olio sfalsati attraverso la stampa 3D, il che rende il canale di flusso più complicato del 300%. La lavorazione CNC richiede molti morsetti ed è difficile assicurarsi che sigilli.
La produzione additiva non spreca alcun materiale e il tasso di utilizzo del materiale può essere superiore al 90%, che è di gran lunga superiore al tasso dal 50% al 70% per la lavorazione CNC.
La capacità di iterare rapidamente: dopo aver modificato il modello digitale, è possibile stamparlo immediatamente senza doverlo rimodellare. Ciò ha ridotto il tempo necessario per sviluppare nuovi prodotti da mesi a giorni.
Tuttavia, la precisione iniziale (± 0,04 mm) e la ruvidità superficiale (Ra12,5 μ m) della stampa 3D rendono difficile soddisfare le esigenze di assemblaggio ad alta-precisione. È qui che la lavorazione CNC diventa molto importante:
Correzione delle dimensioni: per compensare la deformazione da ritiro durante la stampa, è necessario fresare la superficie di guida della macchina utensile con una precisione di ± 0,02 mm.
Finitura superficiale: la fresatura di precisione aumenta la ruvidità della superficie da Ra12,5 μ m nello stato grezzo a Ra 1,6 μ m e la lucidatura a specchio può addirittura aumentarla a Ra 0,2 μ m.
Caratteristica principale della lavorazione: il CNC è ottimo per eseguire tutti i tipi di lavorazione locale, come realizzare superfici terminali con alta precisione e fori filettati con alta precisione.
2. Un caso d'uso comune è quando è necessario soddisfare sia i requisiti di struttura complicati che quelli di precisione.
1. Nel settore aerospaziale, deve esserci un equilibrio tra la leggerezza e la capacità di trasportare molto peso.
Un'azienda aerospaziale utilizza il metodo "stampa 3D+CNC" per realizzare camere di combustione dei motori:
Processo di stampa 3D: stampa di forme complicate con canali di raffreddamento conformi in Inconel 718, una lega ad alta temperatura-a base di nichel-. Ciò rende le strutture più leggere del 35% e in grado di gestire temperature fino a 1200 gradi.
Processo CNC: lavorazione ultra-precisa della superficie di tenuta con una planarità di 0,01 mm per garantire che funzioni bene in situazioni di alta-pressione.
Verifica dell'effetto: il ciclo produttivo è più breve del 60% rispetto ai metodi standard di fusione e saldatura e la durata a fatica è doppia.
2. Impianti medici: un mix di personalizzazione e biocompatibilità
Come sono realizzati gli impianti ortopedici in lega di titanio:
Stampa 3D: utilizzando i dati CT del paziente, stampare uno stelo femorale poroso con una porosità compresa tra il 60% e l'80% e una dimensione dei pori compresa tra 200 e 500 μm. Ciò imiterà la forma delle trabecole ossee naturali.
Lavorazione CNC: fresatura precisa della superficie di accoppiamento conica che tocca la cavità del midollo osseo per assicurarsi che soddisfi il livello di tolleranza H7 e raggiunga la fissazione biologica.
Trattamento superficiale: la sabbiatura e l'anodizzazione rendono la superficie più ruvida, favorendo l'adesione delle cellule ossee.
3. Stampi industriali: un buon equilibrio tra canali di flusso complicati e un buon raffreddamento
Una determinata azienda di stampi utilizza una soluzione di produzione mista:
La stampa 3D crea un nucleo dello stampo con tre strati di canali di raffreddamento interni contemporaneamente. Ciò rende il raffreddamento più efficace del 30% e risolve il problema delle perdite che si verifica con la giunzione a blocchi standard.
Lavorazione CNC: lucidare la superficie di divisione a Ra0,4 μm per facilitare la rimozione delle parti in plastica.
Confronto dei costi: il costo per pezzo è diminuito del 42% e non è necessario preoccuparsi degli scarti dello stampo dovuti alla distorsione della saldatura.
3, Percorso di integrazione del processo: miglioramento dell'intero processo dalla progettazione alla post-elaborazione
1. Fase di progettazione: ottimizzare la topologia in base ai limiti del processo di produzione.
DFAM (Design for Additive Manufacturing): utilizzo di un metodo di generazione della struttura reticolare per ridurre il peso a metà mantenendo la resistenza.
Sovrametallo di lavorazione riservato: riservare 0,3–0,5 mm per gli elementi che necessitano di finitura CNC, come superfici di assemblaggio e posizionamento dei fori. Ciò eviterà che i modelli di livello di stampa influenzino la precisione.
Ottimizzazione della struttura di supporto: utilizzare l'analisi di simulazione per ridurre la quantità di supporto assicurandosi al tempo stesso che gli strumenti CNC siano ancora facilmente accessibili. Ad esempio, il supporto per una determinata staffa aeronautica è posizionato sulla superficie non-lavorata, il che riduce il tempo di lavorazione CNC del 30%.
2. Fase di stampa: lavorare insieme per regolare le impostazioni ed eseguire la post-elaborazione
Choose spherical powder (flowability>30s/50g) per far sì che la polvere si distribuisca in modo più uniforme e abbassi la porosità a meno dello 0,5%.
La tecnica di trattamento termico comprende la ricottura di distensione a 650 gradi per 2 ore e la pressatura isostatica a caldo (HIP) per aumentare la densità oltre il 99,9%.
Controllo della direzione: utilizza il software Magics per trovare l'angolazione migliore per posizionare gli elementi e ridurre la quantità di supporto necessaria per le costruzioni sospese.
3. La fase di lavorazione CNC: collegamento a cinque-assi e compensazione intelligente
Centro di lavoro a cinque-assi: il sistema Siemens 840D viene utilizzato per bloccare e lavorare superfici complesse in una sola volta, evitando errori di posizionamento.
Tecnologia Digital Twin: utilizzo della simulazione Vericut per prevedere come cambierà la lavorazione e apportare modifiche al modello in anticipo. Ad esempio, la simulazione ha migliorato la precisione del contorno di una determinata pala di turbina da ± 0,05 mm a ± 0,02 mm.
Ispezione macchina: utilizzo delle sonde Renishaw per tenere sotto controllo le dimensioni della lavorazione in tempo reale e correggere gli errori dovuti all'usura degli utensili.
4. Fase del trattamento superficiale: combinazione di funzionalizzazione e ornamentazione
Trattamento di sabbiatura: utilizzare perle di vetro da 120 mesh per rendere la ruvidità della superficie Ra3,2 μm per aiutare il rivestimento ad aderire meglio.
Ossidazione tramite microarco: realizzare un rivestimento ceramico di 10 μm di spessore sulla superficie della lega di titanio. La pellicola è dura 1000 HV e cinque volte più resistente all'usura.
Rivestimento PVD: l'applicazione di un rivestimento TiN rende la superficie più dura (2200 HV) e le conferisce un aspetto dorato.