Wie kann eine Verformung von 3D-gedruckten Metallteilen durch die Bearbeitung vermieden werden?

一, Designphase: Topologieoptimierung mittels Spannungssimulation
1. Simulation der Spannungsverteilung und Wiederaufbau der Struktur
Ein Unternehmen, das Turbinenschaufeln für die Luft- und Raumfahrtindustrie herstellt, nutzte die Software Simufact Additive, um eine thermomechanische Kopplungssimulation durchzuführen. Sie stellten fest, dass typische Konstruktionen eine Spannungskonzentration in der Übergangszone des Schaufelfußes aufweisen. Durch die Änderung des rechtwinkligen Übergangs in einen abgerundeten Eckübergang mit einem Radius von 5 mm und das Auffüllen des Bereichs, der keine Spannungen ausübt, mit einer Gitterstruktur wurde die Spannungsspitze von 420 MPa auf 280 MPa und die Druckverformung um 62 % gesenkt. Dieses Szenario zeigt, dass eine auf Simulation basierende Topologieoptimierung Stellen mit hoher -Belastung im Voraus finden und die Spannungsverteilung durch Änderung der Struktur gleichmäßiger gestalten kann.
2. Intelligente Gestaltung nachhaltiger Strukturen
Beim traditionellen Support-Design werden empirische Formeln verwendet, die leicht zu einem Wärmestau in einem Bereich führen können. Die VoxelDance Engineering-Software von Manga Technology nutzt die Scan-Verformungskompensationstechnologie, um automatisch Stützstrukturen zu erstellen, die zu den Formen der Teile passen. Diese Methode verbessert die Dichte der Stützverteilung beim Drucken künstlicher Gelenkgriffe in einem Medizintechnikunternehmen. Es reduziert die Tiefe der Oberflächenschäden, die durch das Entfernen des Trägers nach dem Sintern entstehen, von 0,3 mm auf 0,05 mm und reduziert die Menge des benötigten Trägermaterials um 30 %.
3. Erstellen eines Modells für die Kompensation vor-Verformung
Für hydraulische Ventilkörper in der Luftfahrt, die eine Genauigkeit von ± 0,02 mm erfordern, verwendet Platinum Technology Company einen geschlossenen Prozess namens „Druck-Scan-Kompensation“. Dabei wird das Originalmodell mit Edelstahl 316L gedruckt und der ATOS Triple Scan 3D-Scanner erhält die tatsächlichen Verformungsdaten. Diese Daten werden dann verwendet, um in der Magics-Software ein umgekehrtes Vorverformungsmodell zu erstellen. Nach zwei Korrekturrunden stieg die wesentliche Maßtoleranz der Teile von ± 0,15 mm auf ± 0,03 mm, was den Anforderungen der Luftfahrtnormen entspricht.
2, Prozessphase: Kollaborative Steuerung mehrerer Parameter
1. Ändern Sie die Einstellungen des Lasers im Handumdrehen
Die Huashu High Tech FS200M-Ausrüstung veränderte die Laserleistung und Scangeschwindigkeit dynamisch, während sie die Brennkammer eines bestimmten Motors druckte, indem sie das Temperaturfeld des Schmelzbades in Echtzeit im Auge behielt. Im Bereich mit einer Wandstärke von 3 mm wurde der Parameter 800 W/1200 mm/s verwendet, und im Bereich mit einer Wandstärke von 0,8 mm wurde der Parameter 600 W/800 mm/s verwendet. Diese Anpassung der Partitionsparameter reduziert den Wärmeeintrag in dünnwandigen Abschnitten um 40 % und die Eigenspannung um 55 %. Es behebt außerdem das Problem der Sinterverformung in der 0,5-mm-Auslegerstruktur.
2. Verbesserung des Pulverauftragsverfahrens
Die EOS M 400-4-Ausrüstung nutzt die adaptive Pulververteilungstechnologie, um den Einfluss der Pulverschichtdicke auf die Verformung zu bewältigen. Es hält die Schichtdicke im Stützbereich bei 40 μm und verändert sie dynamisch auf 25 μm im Freiformflächenbereich. Testdaten zeigen, dass dieser Ansatz die Fehlausrichtung zwischen den Schichten dünnwandiger Teile von 0,12 mm auf 0,03 mm reduziert und den Ra-Wert der Oberflächenrauheit von 12,5 μm auf 6,3 μm erhöht.
3. Kontrolle der Atmosphäre über Inertgas
Das Platinum BLT-S800-Gerät hält die Luft- und Luftfeuchtigkeit beim Drucken von orthopädischen Implantaten aus Titanlegierung sehr niedrig (weniger als 10 % relative Luftfeuchtigkeit und 50 ppm). Dies geschieht mithilfe eines geschlossenen-Loop-Steuerungssystems. Experimente zum Vergleich verschiedener Umgebungen haben gezeigt, dass diese die Pulveroxidationsrate von 0,8 % auf 0,15 % senken kann. Dies löst das Problem der Oxidschichten, die die Verbindung der Schichten erschweren, und macht die Teile um 18 % stabiler.
3, In der Nachbearbeitungsphase werden Fehler behoben und die Leistung verbessert.
1. Verdichtungsbehandlung durch heißisostatisches Pressen (HIP).
Ein bestimmtes Flugzeugtriebwerksunternehmen setzte QIH-15L heißisostatische Pressgeräte ein, um Teile aus Inconel 718-Hochtemperaturlegierung zu bearbeiten. Indem man die Teile 4 Stunden lang bei 1200 Grad/150 MPa hielt, wurden sie dichter (von 99,2 % auf 99,98 %) und weniger porös (von 0,3 % auf 0,002 %). Die Ermüdungslebensdauer der bearbeiteten Teile ist dreimal länger und die beim Sintern entstandenen Mikrorisse sind vollständig verschwunden.
2. Prozess der Gradientenwärmebehandlung
Führen Sie für Hydraulikventilkörper aus Edelstahl 316L einen dreistufigen Wärmebehandlungsprozess durch: Spannungsarmglühen bei 550 Grad für 2 Stunden, Lösungsglühen bei 1050 Grad für 1 Stunde und Alterungsbehandlung bei 480 Grad für 4 Stunden. Dieses Verfahren erhöht die Härte der Teile von 180 HV auf 280 HV und senkt die Eigenspannung von 320 MPa auf 80 MPa. Dadurch wird das Problem des Dimensionsrückpralls nach der Bearbeitung behoben.
3. Technologie zum Entfernen intelligenter Unterstützung
Bei der DMG MORI LASERTEC 65 3D-Ausrüstung wird für die Stützentfernung ein Bearbeitungszentrum mit fünf Achsen verwendet: Die Schnittkraft wird in Echtzeit durch das Force Control-System überwacht und die Vorschubgeschwindigkeit wird automatisch angepasst. Tests haben gezeigt, dass diese Technologie das Entfernen von Stützen um 40 % erleichtert und die Tiefe der Oberflächenschäden auf 0,02 mm beschränkt, was für Luftfahrtteile erforderlich ist, um intakt zu bleiben.