A oes gwahaniaeth sylweddol mewn cywirdeb argraffu 3D ymhlith gwahanol ddeunyddiau metel?

1. Priodweddau materol: y nodweddion ffisegol a chemegol sy'n effeithio ar y posibilrwydd o gywirdeb
Mae cywirdeb argraffu 3D â deunyddiau metel yn bennaf oherwydd y cydadwaith rhwng ymddygiad thermodynamig y deunydd yn ystod y broses toddi a chaledu a rheoli'r broses. Mae'r newidiadau ym mhhriodweddau'r pedwar deunydd cyffredin canlynol yn effeithio'n uniongyrchol ar ba mor gywir yw eu printiau:
Aloi titaniwm (fel TC4 / Ti-6Al-4V)
Mae aloion titaniwm yn gryf, yn ysgafn ac yn gallu gwrthsefyll rhwd, ond dim ond oherwydd dau brif reswm y gellir eu hargraffu'n gywir:
Cyfradd crebachu thermol uchel: Mae gan TC4 gyfernod ehangu llinellol o 8.6 × 10 ⁻⁶ / gradd, sy'n golygu y gall achosi straen gweddilliol yn hawdd pan fydd yn oeri'n gyflym, a all achosi rhannau i ystof a newid siâp. Er enghraifft, os na ddefnyddiwch wasgu isostatig poeth (HIP) ar ôl argraffu mowld ar gyfer llafn injan awyren, gall y dimensiynau fod i ffwrdd cymaint â ± 0.3mm. Ar ôl prosesu HIP, gall y dimensiynau fod i ffwrdd cyn lleied â ± 0.05mm.
Cyfradd amsugno laser isel: Gall aloi titaniwm adlewyrchu hyd at 60% o olau laser, felly mae angen dwysedd ynni uchel (fel arfer> 100W / mm²) i doddi'n gyfartal. Fodd bynnag, gallai gormod o egni greu tasgu a newid garwder yr arwyneb. Gallwch ostwng y garwedd arwyneb o Ra25 μ m i Ra10 μm trwy newid y dechneg sganio (fel defnyddio sganio bwrdd siec).
Mae dur di-staen 316L yn un enghraifft.
Mae gan ddur di-staen ffenestr broses fawr ac nid yw'n sensitif iawn i graciau gwres, sy'n ei gwneud yn well ar gyfer argraffu:
Pwll toddi llydan sefydlog: Mae 316L yn toddi ar 1375 gradd, a gellir gwneud pwll toddi cyson gyda phŵer laser o 50 i 200W a chywirdeb dimensiwn o ± 0.05mm. Defnyddiodd cwmni sy'n gwneud dyfeisiau meddygol dechnoleg SLM i argraffu platiau esgyrn gyda goddefgarwch agorfa o ± 0.02mm, a oedd yn bodloni'r gofynion ar gyfer llunio mewnblaniadau orthopedig.
Unffurfiaeth yn y sefydliad: Mae natur austenitig 316L yn ei gwneud hi'n llai tebygol o wahanu yn ystod y broses argraffu. Pan gaiff ei ddefnyddio gyda thriniaeth hydoddiant solet (inswleiddio ar 1050 gradd am 1 awr a diffodd dŵr), gellir gosod diffygion bondio interlayer, sy'n cynyddu bywyd blinder 30%.
Aloi alwminiwm, o'r fath AlSi10Mg
Y broblem fwyaf wrth argraffu aloi alwminiwm yw bod ganddo ddargludedd thermol uchel ac mae'n dueddol o gracio pan ddaw'n boeth.
Mae craciau'n ffurfio pan fydd rhywbeth yn oeri'n gyflym: mae gan AlSi10Mg ddargludedd thermol o 150W / (m · K), a gall y pwll toddi oeri ar gyfradd o 10 ⁶ gradd / s, sy'n ei gwneud hi'n syml i holltau poeth ffurfio ar ffiniau grawn. Gall ychwanegu elfen Sc 0.5% wneud maint y grawn yn llai nag 1 μm, sy'n gostwng y gyfradd crac o 15% i 0.5%.
Effaith ffilm ocsid arwyneb: Mae'r wyneb alwminiwm yn debygol o gynhyrchu ffilm ocsid trwchus (Al ₂ O3), sy'n gwneud i'r powdr beidio â llifo'n dda ac yn golygu bod angen argraffu gydag amddiffyniad nwy anadweithiol gwactod. Ar ôl gwella'r system cylchrediad nwy, aeth garwedd wyneb braced pecyn batri cerbydau ynni newydd o Ra50 μm i Ra15 μm.
Aloeon tymheredd uchel wedi'u seilio ar nicel, megis Inconel 718
Her aloeon tymheredd uchel yw rheoli'r microstrwythur ar dymheredd uchel iawn:
Tuedd twf crisial colofnol: Yn ystod argraffu, mae Inconel 718 yn tueddu i gynhyrchu crisialau colofnog sy'n datblygu i gyfeiriad adeiladu. Mae hyn yn gwneud y deunydd yn anisotropig. Gall newid y cyflymder sganio (600-1000 mm/s) a thrwch haen (30-50 μm) wneud i'r maint grawn fynd o 500 μm i 100 μm, sy'n gwneud i'r cryfder tynnol godi 15%.
Sensitifrwydd i ficrocraciau: Mae'r 'cyfnod (Ni ∝ (Al, Ti)) yn debygol o ffurfio dyddodion anwastad pan fydd yn oeri'n gyflym, a all achosi microcraciau. Gellir tynnu mwy na 90% o ficrocraciau trwy ddefnyddio triniaeth wres graddedig (inswleiddio 720 gradd am 8 awr, ac yna oeri aer ac inswleiddio 620 gradd am 8 awr).
2. Addasrwydd y broses: Dewis llwybr ar gyfer gweithredu manwl gywir
Mae cywirdeb argraffu metel 3D yn dibynnu ar y deunydd a pha mor dda y mae'r math o broses yn cyfateb. Mae gan y pedair proses gyffredin ganlynol lefelau cywirdeb tra gwahanol:
Toddi Dewisol Laser (SLM) Mantais fanwl: Gall diamedr sbot laser SLM fod mor fach â 50 μm, gall trwch yr haen fod rhwng 20 a 60 μm, gall y manwl gywirdeb dimensiwn fod mor uchel â ± 0.05mm, a gall y garwedd arwyneb Ra fod mor isel â 10 μm. Defnyddiodd cwmni hedfan SLM i argraffu llafnau tyrbin, gan wneud yn siŵr bod goddefgarwch proffil y llafn o fewn ± 0.03mm, sef yr hyn y mae angen i beiriannau hedfan allu eu rhoi at ei gilydd.
Cyfyngiadau materol: Er mwyn gwneud i ddeunyddiau ag adlewyrchedd uchel (fel copr) amsugno mwy, mae angen i chi ddefnyddio laser gwyrdd (532nm) neu laser glas (450nm). Fodd bynnag, mae cost yr offer yn cynyddu 30% i 50%.
Toddi Trawst Electron (EBM) Nodweddion Cywirdeb: Mae EBM yn gweithio mewn gwactod gyda llawer o ddwysedd egni yn y pelydr electron (hyd at 10 ⁴ W/mm ²), sy'n ei gwneud yn dda ar gyfer argraffu deunyddiau gyda phwyntiau toddi uchel, gan gynnwys aloion titaniwm. Defnyddiodd gwneuthurwr mewnblaniadau orthopedig penodol EBM i argraffu cwpanau cymalau clun. Roedd y garwedd arwyneb yn Ra Llai na neu'n hafal i 8 μm, nid oedd unrhyw haen ocsid, ac roedd y cwpanau yn fwy biocompatible na'r rhai a wnaed gyda dulliau traddodiadol.
Rheoli straen thermol: Gall EBM gynhesu rhannau i 700 gradd Celsius, a all dorri i lawr ar straen gweddilliol a warping 80%.
Mae gan Ddyddodiad Ynni Cyfeiriedig (DED) ddiamedr ffroenell o 0.8 i 2 mm, trwch haen o 0.5 i 2 mm, cywirdeb dimensiwn o ± 0.5 mm, a garwedd arwyneb o Ra20 i 100 μ m. Defnyddiodd cwmni peiriannau hedfan penodol DED i drwsio disg tyrbin. Mae'r haen atgyweirio a'r swbstrad wedi'u bondio ynghyd â chryfder metelegol o 400MPa, sy'n bodloni gofynion y gwasanaeth.
Mantais effeithlonrwydd: Mae gan DED gyfradd gwaddodi o 200 cm³/h, sy'n fwy na 10 gwaith yn fwy na SLM. Mae hyn yn ei gwneud yn dda ar gyfer gosod neu preforming darnau enfawr.
Gludydd chwistrellu (BJ)
Potensial ar gyfer manwl gywirdeb: Mae gan BJ gywirdeb dimensiwn o ± 0.1mm a garwedd arwyneb o Ra20-60 μm. Fodd bynnag, mae angen ei ddiseimio (400-600 gradd) a'i sintro (1200-1300 gradd) ar ôl triniaeth, sy'n achosi iddo grebachu 15% i 20%. Mae cwmni ceir penodol yn cyflogi mewnosodiadau llwydni printiedig BJ, ac ar ôl iddynt gael eu gorffen, mae'r maint yn aros yn sefydlog o fewn ± 0.05mm, sef yr hyn sydd ei angen ar gyfer gweithgynhyrchu màs.
Mantais cost: Mae darn sengl BJ yn costio 60% i 70% yn llai na SLM, sy'n ei gwneud yn dda ar gyfer sefyllfaoedd lle mae angen cywirdeb canolig a graddfa fawr.
3. Enghraifft nodweddiadol: Cais ymarferol i ddilysu anghysondebau cywirdeb
Llafnau aloi titaniwm ar gyfer peiriannau awyrennau Argraffu gan ddefnyddio SLM
Cyflogodd un cwmni hedfan dechnoleg SLM i wneud llafnau aloi titaniwm TC4. Trwy wella technegau sganio (fel sganio troellog) a strwythurau cymorth (fel cefnogaeth dellt), aeth goddefgarwch proffil y llafn o ± 0.1 mm i ± 0.03 mm, ac aeth y garwedd arwyneb o Ra25 μ m i Ra8 μ m. Gwnaeth hyn yr injan 2% yn fwy effeithlon.
Defnyddir dur di-staen 316L ar gyfer mewnblannu dyfeisiau meddygol. Argraffu SLM
Defnyddiodd cwmni orthopedig SLM i argraffu platiau asgwrn dur di-staen 316L. Gosodwyd goddefgarwch yr agorfa ar ± 0.02mm, ac ar ôl sgleinio electrolytig, roedd y garwedd arwyneb Ra <0.8 μ m yn cwrdd â safon feddygol ISO 13485, gan dorri'r amser a gymerodd i'r asgwrn integreiddio 30%.
Pecyn batri ar gyfer cerbyd ynni newydd: AlSi10Mg Argraffwyd gyda SLM
Mae cwmni cerbydau ynni newydd yn cyflogi bracedi pecyn batri printiedig SLM i newid maint y grawn trwy ychwanegu elfen Sc 0.5%, sy'n gostwng y gyfradd torri esgyrn poeth o 15% i 0.5%. Mae cryfder y braced yn cynyddu 25% ac mae ei bwysau yn gostwng 30% pan gaiff ei drin â gwres â T6 (hydoddiant solet 530 gradd + 170 gradd heneiddio).