Come prevenire la distorsione nelle parti del motore stampate in 3D-in metallo con pareti sottili

Finisci un componente di aspirazione leggero o un alloggiamento del motore-con pareti sottili, lo invii alla stampa 3D in metallo e la parte ritorna con una parete critica deformata di 0,2–0,3 mm. Non è più piatto né si allinea con le parti accoppiate. Ciò accade regolarmente con le parti additivi metalliche a parete sottile-, soprattutto quando lo stress residuo non viene gestito fin dall'inizio.

La distorsione non è misteriosa. Deriva dal comportamento termico prevedibile e anche i controlli sono prevedibili. Di seguito è riportato uno sguardo pratico sul motivo per cui si verifica e su cosa funziona effettivamente per mantenere i componenti del motore a parete sottile-entro la tolleranza utilizzabile.

Perché le parti metalliche-delle pareti sottili si deformano

In DMLS o SLM, un laser scioglie un piccolo volume di polvere ad alta temperatura, quindi il materiale si raffredda estremamente velocemente. La polvere circostante e il metallo solidificato rimangono molto più freddi. Quella forte differenza di temperatura crea stress residuo.

Le pareti sottili soffrono di più perché hanno una bassa rigidità e percorsi limitati per la fuoriuscita del calore. Tre problemi si presentano ripetutamente:

Stress residuo bloccato da ripetuti cicli di fusione-raffreddamento

Supporti troppo deboli o mal posizionati, quindi la parte può deformarsi durante il raffreddamento

Accumulo di calore in sezioni sottili che non riescono a disperdere l'energia termica abbastanza rapidamente

Quando questi fattori si combinano, una parete che sembrava perfetta nel modello CAD può facilmente spostarsi abbastanza da mettere fuori tolleranza le superfici di montaggio o le superfici di tenuta.

Ottieni prima il design del muro
Lo spessore uniforme si comporta meglio dei salti improvvisi da spesso a sottile. L'aggiunta di nervature o raccordi leggeri in aree non-critiche spesso aumenta la rigidità durante la costruzione senza rovinare il peso target. Le grandi campate piatte non supportate sono zone problematiche frequenti-suddividile o supportale adeguatamente. Queste sono le linee guida di base per la progettazione della stampa 3D in metallo a parete sottile praticabile.

Orientare la parte tenendo presente lo stress
Gli orientamenti verticali o angolari per pareti sottili critiche di solito riducono l'area che viene fusa in qualsiasi momento e cambiano il punto in cui si concentra lo stress residuo. L'orientamento decide anche quali superfici porteranno i segni di supporto, quindi i volti funzionali richiedono un'attenzione tempestiva.

Utilizzare i supporti sia come ancoraggi che come percorsi termici
I supporti non servono solo a impedire la caduta del pezzo. Nelle zone ad alto-stress hanno bisogno di una sezione trasversale-sufficiente per resistere alle forze di trazione e condurre il calore. I supporti uniformemente sottili spesso falliscono esattamente nei punti più importanti.

Controllare i parametri e utilizzare il preriscaldamento quando disponibile
Set di parametri stabili e convalidati per la lega specifica e la macchina contano più di un aggiustamento costante. Il preriscaldamento del substrato riduce il divario di temperatura tra il bagno di fusione e il resto della parte, riducendo così direttamente lo stress residuo.

Allevia lo stress-mentre la parte è ancora sulla piastra
Questo singolo passaggio previene gran parte della deformazione-in fase avanzata. Il trattamento termico allenta lo stress mentre la piastra di costruzione mantiene ancora la geometria. Tagliare prima la parte e poi trattarla termicamente- è un motivo comune per cui si verifica una distorsione dopo che la parte appare a posto sulla macchina.

Le leghe di titanio come Ti-6Al-4V conducono male il calore rispetto a molti acciai o leghe di alluminio. Il calore rimane localizzato più a lungo, quindi lo stress residuo può aumentare. Gli stessi metodi di controllo-progettazione accurata, orientamento, supporti robusti, disciplina dei parametri e riduzione dello stress legato alla piastra-si applicano direttamente agli impianti medici stampati in 3D in leghe di titanio. Queste parti presentano anche pareti sottili, reticoli complessi e zero spazio per la deriva dimensionale. L'esperienza acquisita sui componenti dei motori a pareti sottili si trasferisce bene al lavoro sugli impianti medici e viceversa.

La stampa 3D in metallo ti dà una forma quasi-netta. Di solito non fornisce tolleranze finali sulle superfici di tenuta, sulle superfici dei cuscinetti o sui punti di montaggio precisi. Queste caratteristiche richiedono quasi sempre la lavorazione CNC. Lo stesso approccio ibrido è standard per i prodotti medici di precisione lavorati a CNC: la produzione additiva crea la geometria complessa e il CNC inserisce le superfici critiche nelle specifiche. Progettare il pezzo grezzo stampato con un materiale di lavorazione appropriato sulle facce principali rende la combinazione efficiente.

Su un componente correlato al motore in lega di titanio a pareti sottili-, le prime costruzioni mostravano circa 0,25 mm di deformazione sulla superficie di montaggio dopo la rimozione del supporto. Lo spessore della parete nell'area interessata era inferiore a 1,5 mm e l'orientamento originale lasciava un'ampia campata orizzontale.

L'approccio rivisto includeva transizioni delle pareti più uniformi, ulteriore irrigidimento locale, un migliore orientamento della costruzione, supporti più forti nella zona ad alto-stress, riduzione dello stress mentre era ancora attaccato alla piastra di costruzione e lavorazione deliberata del materiale sulla faccia critica. Dopo la finitura CNC, la superficie di montaggio ha raggiunto la tolleranza richiesta e la parte è stata assemblata senza problemi. Il miglioramento è derivato dal considerare la progettazione, il processo, il trattamento termico e la lavorazione come un unico sistema anziché come fasi separate.

Non tutti i produttori di stampa 3D in metallo o le fabbriche di stampa 3D in metallo gestiscono altrettanto bene i lavori su pareti sottili-. I segnali utili includono:

Esperienza dimostrata con geometrie di pareti sottili-e le leghe effettivamente utilizzate

Eliminazione dello stress-interno o strettamente correlato-, funzionalità HIP quando necessario e finitura CNC

Strumenti di ispezione adeguati e abitudine a verificare gli effetti dello stress residuo-

Controllo del processo documentato anziché ipotesi di parametri-una tantum

Possibilità di passare dal prototipo a parti stampate in 3D in metallo personalizzate in piccoli-lotti o all'ingrosso senza perdita di qualità-

Un negozio che discute tempestivamente del rischio di distorsione e degli aggiustamenti di progettazione è solitamente più affidabile di uno che si limita a indicare un prezzo per componente.