كيفية منع التشويه في أجزاء المحرك-الرقيقة ذات الجدار المعدني المطبوع ثلاثي الأبعاد

بعد الانتهاء من مكون سحب خفيف الوزن أو مبيت المحرك ذي الجدران الرفيعة-، يتم إرساله للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد، ويعود الجزء بجدار مهم ملتوي بمقدار 0.2 إلى 0.3 ملم. لم يعد يجلس بشكل مسطح أو يتماشى مع أجزاء التزاوج. ويحدث هذا بانتظام مع الأجزاء المعدنية الإضافية-الرفيعة، خاصة عندما لا تتم إدارة الضغط المتبقي من البداية.

التشويه ليس غامضا. إنه يأتي من السلوك الحراري الذي يمكن التنبؤ به، كما يمكن التنبؤ بعناصر التحكم. فيما يلي نظرة عملية على سبب حدوث ذلك وما الذي يعمل فعليًا على إبقاء مكونات المحرك ذات الجدار الرقيق-ضمن حدود التسامح القابلة للاستخدام.

سبب سماكة-التواء الأجزاء المعدنية في الجدار

في DMLS أو SLM، يقوم الليزر بإذابة كمية صغيرة من المسحوق عند درجة حرارة عالية، ثم تبرد المادة بسرعة كبيرة. يظل المسحوق المحيط والمعدن المتصلب أكثر برودة. هذا الاختلاف الحاد في درجة الحرارة يخلق ضغوطًا متبقية.

تعاني الجدران الرقيقة أكثر من غيرها لأنها ذات صلابة منخفضة ومسارات محدودة للهروب من الحرارة. تظهر ثلاث مشكلات بشكل متكرر:

يتم احتجاز الإجهاد المتبقي من خلال دورات الذوبان المتكررة-المبردة

الدعامات الضعيفة جدًا أو التي تم وضعها بشكل سيء، بحيث يمكن للجزء أن يخرج عن شكله أثناء التبريد

تتراكم الحرارة في أقسام رفيعة لا يمكنها التخلص من الطاقة الحرارية بسرعة كافية

عندما تجتمع هذه العوامل، يمكن للجدار الذي يبدو مثاليًا في نموذج CAD أن يتحرك بسهولة بدرجة كافية لوضع الأسطح المتصاعدة أو الأسطح المانعة للتسرب خارج نطاق التسامح.

احصل على تصميم الجدار بشكل صحيح أولاً
يتصرف السُمك الموحد بشكل أفضل من القفزات المفاجئة من السُمك إلى النحافة. غالبًا ما تؤدي إضافة أضلاع أو شرائح خفيفة في-المناطق غير الحرجة إلى زيادة الصلابة أثناء البناء دون الإضرار بالوزن المستهدف. تمثل الامتدادات المسطحة الكبيرة غير المدعومة مناطق مشاكل متكررة-تفصلها أو تدعمها بشكل صحيح. هذه هي أساسيات إرشادات تصميم الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية ذات الجدران الرقيقة القابلة للتطبيق.

قم بتوجيه الجزء مع وضع الضغط في الاعتبار
عادةً ما تؤدي الاتجاهات الرأسية أو الزاوية للجدران الرقيقة الحرجة إلى تقليل المساحة التي يتم ذوبانها في أي لحظة وتغيير مكان تركيز الإجهاد المتبقي. يحدد الاتجاه أيضًا الأسطح التي ستحمل علامات الدعم، لذا تحتاج الوجوه الوظيفية إلى اهتمام مبكر.

استخدم الدعامات كمثبتات ومسارات حرارية
الدعم ليس موجودًا فقط لمنع الجزء من السقوط. في مناطق الضغط العالي-، يحتاجون إلى مقطع عرضي كافٍ- لمقاومة قوى السحب وتوصيل الحرارة. غالبًا ما تفشل الدعامات الرفيعة بشكل موحد في الأماكن الأكثر أهمية.

التحكم في المعلمات واستخدام التسخين المسبق عندما يكون ذلك متاحًا
إن مجموعات المعلمات المستقرة والمتحقق منها للسبائك والماكينة المحددة لها أهمية أكبر من الترقيع المستمر. يؤدي التسخين المسبق للركيزة إلى تقليل الفجوة في درجة الحرارة بين حوض الذوبان وبقية الجزء، مما يقلل بشكل مباشر من الضغط المتبقي.

خفف الضغط- بينما يظل الجزء على اللوحة
تمنع هذه الخطوة الواحدة مشاركة كبيرة من صفحات الحرب-المتأخرة. تعمل المعالجة الحرارية على تخفيف الضغط بينما تظل لوحة التصميم محتفظة بالشكل الهندسي. يعد قطع الجزء أولًا ثم معالجته بالحرارة-سببًا شائعًا لظهور التشوه بعد أن يبدو الجزء جيدًا على الجهاز.

سبائك التيتانيوم مثل Ti-6Al-4V موصلة للحرارة بشكل سيئ مقارنة بالعديد من أنواع الفولاذ أو سبائك الألومنيوم. تبقى الحرارة موضعية لفترة أطول، لذلك يمكن أن يرتفع الضغط المتبقي. تنطبق نفس طرق التحكم-التصميم المدروس والتوجيه والدعم القوي وانضباط المعلمات وتخفيف الضغط المرتبط باللوحة- مباشرة على الغرسات الطبية المطبوعة ثلاثية الأبعاد من سبائك التيتانيوم. تتميز هذه الأجزاء أيضًا بجدران رقيقة وشبكات معقدة ولا توجد مساحة لانحراف الأبعاد. إن الخبرة المكتسبة في مكونات المحرك ذات الجدران الرقيقة تنتقل بشكل جيد إلى أعمال الغرسات الطبية، والعكس صحيح.

تمنحك الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد شكلًا صافيًا قريبًا-. لا يوفر عادةً التفاوتات النهائية على وجوه الختم أو الأسطح الحاملة أو نقاط التثبيت الدقيقة. تحتاج هذه الميزات دائمًا إلى التصنيع باستخدام الحاسب الآلي. يعد نفس النهج المختلط قياسيًا في المنتجات الطبية المجهزة باستخدام الحاسب الآلي الدقيقة: حيث يؤدي التصنيع الإضافي إلى إنشاء هندسة معقدة، ويقوم CNC بإدراج الأسطح المهمة في المواصفات. إن تصميم الفراغ المطبوع بمخزون المعالجة المناسب على الوجوه الرئيسية يجعل المجموعة فعالة.

في أحد المكونات-الرفيعة ذات الجدران المصنوعة من سبائك التيتانيوم-، أظهرت الإصدارات المبكرة ما يقرب من 0.25 ملم من التواء على سطح التركيب بعد إزالة الدعم. كان سمك الجدار في المنطقة المصابة أقل من 1.5 ملم وترك الاتجاه الأصلي مسافة أفقية كبيرة.

تضمن النهج المنقح انتقالات أكثر اتساقًا للجدار، وإضافة تقوية محلية، وتوجيه أفضل للبناء، ودعم أقوى في منطقة الضغط العالي-، وتخفيف الضغط مع الاستمرار في الالتصاق بلوحة التصميم، ومخزون المعالجة المتعمد على الوجه الحرج. بعد الانتهاء من CNC، وصل وجه التثبيت إلى التسامح المطلوب وتم تجميع الجزء بدون مشكلة. جاء التحسن من معالجة التصميم والعملية والمعالجة الحرارية والتصنيع كنظام واحد بدلاً من خطوات منفصلة.

لا تتعامل كل الشركات المصنعة للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد أو مصانع الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد مع الجدران الرقيقة- بشكل جيد. تشمل الإشارات المفيدة ما يلي:

تجربة مثبتة مع-هندسة الجدران الرقيقة والسبائك التي تستخدمها فعليًا

تخفيف الضغط -داخليًا أو مرتبط بشكل وثيق-، وإمكانية HIP عند الحاجة، والتشطيب باستخدام الحاسب الآلي

أدوات الفحص المناسبة وعادات التحقق من آثار الضغط- المتبقية

التحكم الموثق في العملية بدلاً من تخمين المعلمة-الواحدة

القدرة على الانتقال من النموذج الأولي إلى -دفعة صغيرة أو قطع معدنية مطبوعة ثلاثية الأبعاد مخصصة بالجملة دون انخفاض الجودة-

عادة ما يكون المتجر الذي يناقش مخاطر التشويه وتعديلات التصميم في وقت مبكر أكثر موثوقية من المتجر الذي يقتبس ببساطة سعرًا لكل قطعة.