كيف يمكن تحقيق تجميع عالي الدقة-بعد الطباعة ثلاثية الأبعاد على المعدن؟

1. تحسين التصميم: أوقف أخطاء التجميع قبل حدوثها.
التعويض الديناميكي وتوزيع التسامح
استنادًا إلى خصائص عملية الطباعة (على سبيل المثال، دقة SLM ± 0.05 مم وEBM ± 0.1 مم)، اترك مجالًا لتفاوتات التجميع في مرحلة النموذج ثلاثي الأبعاد. على سبيل المثال، يجب الحفاظ على السطح الذي تلتقي فيه شفرات التوربينات وقرص محرك الطائرة ضمن مسافة تسامح تبلغ ± 0.02 مم. يمكن استخدام وظيفة "التمدد الأفقي" لتعويض انكماش المادة أثناء الطباعة (على سبيل المثال، يبلغ معدل انكماش سبائك التيتانيوم حوالي 0.8%). ساعد برنامج محاكاة VoxelDance Engineering شركة قوانغتشو Ruitong Additive Manufacturing Company على تحسين تعويض التشوه في زراعة الأسنان. أدى هذا إلى تقليل تشوه حلقة تحديد الموضع من 0.3 مم إلى 0.1 مم، مما أدى إلى حل مشكلة دقة التجميع.
واجهات موحدة وتصميم وحدات
استخدام طرق الاتصال التقليدية مثل اتصالات واجهة USB وهياكل النتوءات واللسان على طراز Lego- لتسهيل عملية التجميع. على سبيل المثال، يحتوي طراز السباق OpenRC F1 على واجهات موحدة تسهل على المستخدمين تغيير أجزاء مثل الإطارات وزعانف الذيل. بالنسبة للإنشاءات المعقدة، يمكن تقسيمها إلى أجزاء أصغر منفصلة (مثل المفاصل والوصلات وأغلفة أذرع الروبوت) التي يمكن طباعتها وتجميعها بشكل مستقل. وهذا يجعل من السهل الإصلاح والترقية لاحقًا.
دعم التحسين وربط الطباعة على الوجه-أسفل
استخدم السطح الذي يحتاج إلى الربط كأساس للطباعة، واستخدم استواء الطبقة الأولى لجعل الربط أكثر دقة. على سبيل المثال، عند طباعة نموذجين شبه دائريين-، فإن الاتجاه لأسفل يمكن أن يجعل عملية الدمج أقل تأثرًا بالطبقات. إن تقليل منطقة التلامس باستخدام دعامة شبكية أو مخروطية الشكل يجعل من السهل إزالتها بعد ذلك. على سبيل المثال، تستخدم العناصر المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L تقنية مسح رقعة الشطرنج ومسح الأوفست الكفاف لجعل السطح أقل خشونة، بدءًا من Ra12 ميكرومتر إلى Ra3.2 ميكرومتر.
2. التحكم في العملية: الإدارة الدقيقة لإعدادات الطباعة
تحسين كثافة الطاقة
يمكنك تنظيم شكل البركة المنصهرة عن طريق تغيير قوة الليزر وسرعة المسح وسمك الطبقة. يمكن أن يساعد هذا في منع حدوث مشكلات مثل الكروية والاندماج غير الكامل. على سبيل المثال، يجب الحفاظ على كثافة الطاقة لسبائك التيتانيوم Ti6Al4V بين 60 و120 جول/مم3. إذا كانت الطاقة منخفضة جدًا أو كانت السرعة سريعة جدًا، فقد لا تكون قوة ربط الطبقات البينية قوية بما يكفي. إذا كانت كثافة الطاقة عالية جدًا، فقد تنتج تشققًا بالإجهاد الحراري.
الحفاظ على الهواء نظيفاً ودرجة الحرارة المناسبة
لمنع المعدن من التأكسد، تتم إضافة غاز الأرجون أو النيتروجين عالي النقاء- (بمستوى أكسجين أقل من 0.1%) في كل خطوة. على سبيل المثال، التسخين المسبق للركيزة إلى 150-200 درجة قبل طباعة سبائك الألومنيوم AlSi10Mg يساعد على تقليل الضغط الحراري وإيقاف الالتواء. كما أن استخدام تقنية المسح التعاوني متعدد الحزم-قد يؤدي إلى توزيع الحرارة المدخلة بشكل موحد وتقليل الضغط المتبقي.
المراقبة عبر الإنترنت وتقديم الملاحظات في حلقة مغلقة
يتم استخدام موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء، وكاميرات حمام السباحة المصهور، وأجهزة الاستشعار الأخرى لمراقبة مجال درجة الحرارة وشكل حمام السباحة الذائب في الوقت الفعلي أثناء الطباعة. على سبيل المثال، تستخدم إحدى الشركات خوارزميات الذكاء الاصطناعي للنظر في التغيرات في عرض حوض الذوبان، وتغيير قوة الليزر تلقائيًا، وتقليل المسامية من 0.5% إلى أقل من 0.1%، مما يزيد بشكل كبير من كثافة المادة.
3. تقنية ما بعد المعالجة-: تحسين السطح والحفاظ على شكله.
المعالجة الحرارية تتخلص من الضغط داخل المادة.
التلدين، مثل تسخين سبائك التيتانيوم في الأرجون عند 800 درجة لمدة ساعتين، يمكن أن يتخلص من التوتر المتبقي الذي يتراكم أثناء الطباعة ويوقف التشويه أثناء التجميع. يمكن استخدام التبريد والتلطيف لجعل الأجزاء ذات القوة العالية-أقوى وأكثر صلابة. تعتبر أجزاء السبائك القائمة على النيكل-والتي تتحمل درجات الحرارة العالية-والتي تمت معالجتها بالضغط المتوازن الساخن (HIP) مثالاً على ذلك. تبلغ كثافتها 100% تقريبًا، وقد زادت قوة التعب لديها بأكثر من 30%.
الآلات الدقيقة والمعالجة السطحية التي تتم بواسطة الآلات
التصنيع باستخدام الحاسب الآلي: بالنسبة للأسطح الوظيفية مثل أسطح التزاوج المحامل، اترك مساحة تتراوح من 0.1 إلى 0.3 مم. استخدم أداة ماكينة CNC ذات وصلة ذات خمسة محاور لتحقيق متطلبات دقيقة تبلغ 0.02 مم وخشونة Ra3.2.
التلميع الكهربائي هو عملية تستخدم المبادئ الكهروكيميائية للتخلص من المطبات الصغيرة على سطح أجزاء سبائك الألومنيوم. يؤدي هذا إلى تقليل خشونة السطح من Ra6 μm ​​إلى Ra0.2 μm وإنشاء طبقة تخميل تجعل الأجزاء أكثر مقاومة للتآكل.
باستخدام Al ₂ O3 أو الخرز الزجاجي لضرب السطح بسرعة عالية، تتخلص معالجة السفع الرملي من المسحوق المتبقي وتجعل السطح يبدو أكثر تماسكًا. على سبيل المثال، استخدمت شركة معينة السفع الرملي لضبط خشونة سطح غرسات سبائك التيتانيوم المطبوعة ثلاثية الأبعاد إلى Ra1.6 ميكرومتر، مما ساعد خلايا العظام على الالتصاق بها.
تعويض التشوه مدفوعًا بالمحاكاة
يمكنك استخدام برنامج مثل VoxelDance Engineering لمحاكاة عملية الطباعة بأكملها، وتخمين كيف ستتغير الأمور، وإنشاء نماذج للتعويض. على سبيل المثال، قامت شركة محددة بتقليص تشوه الأجزاء بعد تعديل المحاكاة من 0.5 مم إلى 0.05 مم لفوهات وقود محركات الطائرات وجعل خلوص التجميع أكثر تساويًا بنسبة 80%.
4. التخطيط لتجميع الأشياء: التأكد من أن كل شيء صحيح بشكل منتظم
منصة لتجميع الأشياء شديدة الصلابة
استخدام أساس عالي الصلابة-، ونظام نقل وتوجيه دقيق، وتصميم متكامل لتقليل تأثير تشوه المعدات على محورية التجميع. على سبيل المثال، في خط تجميع محركات الروبوت البشرية، يتم استخدام تصميم التكيف البيئي (مثل الحفاظ على درجة الحرارة ثابتة) لتقليل عدد أخطاء النظام.
الجمعية لتحديد المواقع البصرية والتحكم في القوة
أضف نظام رؤية عالي الدقة- للعثور على موضع واتجاه الأجزاء المهمة مثل الجزء الثابت والدوار، وتعويض أي أخطاء حدثت أثناء التجميع. وفي الوقت نفسه، يتم وضع أجهزة استشعار متكاملة للتحكم في القوة في النهاية لمراقبة التغيرات في القوة وعزم الدوران في الوقت الفعلي في عدة اتجاهات، مما يجعل "الإدخال المرن" ممكنًا. على سبيل المثال، تستخدم إحدى الشركات تكنولوجيا التحكم في القوة للحفاظ على مجموعة المحرك وقوة الضغط من التغيير بأكثر من ± 5N، مما يحافظ على المحامل من الكسر.
ردود الفعل في حلقة مغلقة والقدرة على تتبع البيانات
جمع البيانات عن الضغط والإزاحة وعزم الدوران والعوامل الأخرى في الوقت الفعلي أثناء عملية التجميع ومقارنتها بنافذة العملية المحددة مسبقًا. سيقوم النظام تلقائيًا بإطلاق إنذار أو اتخاذ إجراء إذا حدث خطأ ما. على سبيل المثال، تقوم إحدى الشركات بعمل سجلات منفصلة لعملية التجميع لكل محرك روبوت بشري، وتوفر التحكم الإحصائي في العملية (SPC) وإمكانية تتبع الجودة، وتجعل تناسق الدفعة أفضل من 99.9%.
5. حالات الصناعة والاتجاهات التي نتطلع إليها
مجال الطيران
تستخدم GE Aviation تقنية SLM لطباعة فوهات الوقود لمحركات LEAP. يجمع هذا 20 قطعة في قطعة واحدة، مما يجعلها أخف بنسبة 25% وتدوم لفترة أطول 5 مرات. بفضل التحكم المدمج في تحسين معلمات الطباعة والتصنيع الدقيق باستخدام الحاسب الآلي، فإن دقة التجميع تبلغ ± 0.01 مم.
مجال الغرسات الطبية
تستخدم شركة Johnson&Johnson DePuy Synthes أكوابًا حقية من سبائك التيتانيوم مطبوعة ثلاثية الأبعاد للحفاظ على السطح أملسًا تحت Ra0.8 ميكرومتر باستخدام التلميع الكهربائي. يعمل هذا، بالإضافة إلى التصميم الهيكلي المسامي، على تسريع نمو العظام بنسبة 40%.