Làm cách nào để đạt được-lắp ráp có độ chính xác cao sau khi in 3D kim loại?

1. Tối ưu hóa thiết kế: Ngăn chặn các lỗi lắp ráp trước khi chúng xảy ra.
Phân bổ bù và dung sai động
Dựa trên các đặc điểm của quy trình in (ví dụ: độ chính xác SLM ± 0,05mm và EBM ± 0,1mm), hãy chừa chỗ cho dung sai lắp ráp ở giai đoạn mô hình 3D. Ví dụ, bề mặt nơi các cánh tuabin và đĩa động cơ máy bay gặp nhau phải được giữ trong dung sai ± 0,02mm. Chức năng "mở rộng theo chiều ngang" có thể được sử dụng để bù đắp cho độ co rút của vật liệu trong quá trình in (ví dụ: tỷ lệ co rút của hợp kim titan là khoảng 0,8%). Phần mềm mô phỏng VoxelDance Engineering đã giúp Công ty Sản xuất Phụ gia Ruitong Quảng Châu cải thiện khả năng bù biến dạng của cấy ghép nha khoa. Điều này làm cho độ biến dạng của vòng định vị giảm từ 0,3 mm xuống còn 0,1 mm, giúp khắc phục vấn đề về độ chính xác của lắp ráp.
Giao diện tiêu chuẩn hóa và thiết kế mô-đun
Sử dụng các phương thức kết nối thông thường như kết nối giao diện USB và cấu trúc mộng và mộng kiểu Lego{0}}để giúp lắp ráp dễ dàng hơn. Chẳng hạn, mẫu xe đua OpenRC F1 có giao diện được tiêu chuẩn hóa giúp người dùng dễ dàng thay đổi các bộ phận như lốp và vây đuôi. Đối với các cấu trúc phức tạp, chúng có thể được chia thành các phần nhỏ hơn, riêng biệt (chẳng hạn như các khớp nối, liên kết và vỏ của cánh tay robot) để có thể in và ghép lại với nhau một cách độc lập. Điều này giúp việc sửa chữa và nâng cấp sau này dễ dàng hơn.
Hỗ trợ tối ưu hóa và ghép nối in- úp xuống
Sử dụng bề mặt cần nối làm nền in và sử dụng độ phẳng của lớp đầu tiên để mối nối chính xác hơn. Ví dụ: khi in hai mô hình hình bán nguyệt, việc úp xuống có thể khiến đường khâu ít bị ảnh hưởng bởi việc xếp lớp. Giảm diện tích tiếp xúc bằng lưới hoặc giá đỡ hình nón giúp việc tháo lắp sau đó dễ dàng hơn. Ví dụ: các sản phẩm làm bằng thép không gỉ 316L sử dụng kỹ thuật quét bàn cờ và quét bù đường viền để làm cho bề mặt bớt gồ ghề hơn, từ Ra12 μm đến Ra3,2 μm.
2. Kiểm soát quy trình: quản lý chính xác cài đặt in
Tối ưu hóa mật độ năng lượng
Bạn có thể điều chỉnh hình dạng của bể nóng chảy bằng cách thay đổi công suất laser, tốc độ quét và độ dày lớp. Điều này có thể giúp ngăn ngừa các vấn đề như hình cầu hóa và phản ứng tổng hợp không hoàn chỉnh. Ví dụ, mật độ năng lượng của hợp kim titan Ti6Al4V phải được giữ trong khoảng từ 60 đến 120 J/mm³. Nếu công suất quá thấp hoặc tốc độ quá nhanh, lực liên kết giữa các lớp có thể không đủ mạnh. Nếu mật độ năng lượng quá cao, nó có thể tạo ra vết nứt do ứng suất nhiệt.
Giữ không khí trong lành và nhiệt độ phù hợp
Để giữ cho kim loại không bị oxy hóa, khí argon hoặc nitơ-có độ tinh khiết cao (có nồng độ oxy dưới 0,1%) được thêm vào ở mỗi bước. Ví dụ, làm nóng bề mặt ở nhiệt độ 150–200 độ trước khi in hợp kim nhôm AlSi10Mg giúp giảm ứng suất nhiệt và ngừng cong vênh. Ngoài ra, việc sử dụng công nghệ quét cộng tác nhiều{7}}chùm tia có thể phân tán nhiệt đầu vào một cách đồng đều và giảm ứng suất dư.
Giám sát trực tuyến và đưa ra phản hồi theo vòng khép kín
Đã sử dụng nhiệt kế hồng ngoại, camera bể tan chảy và các cảm biến khác để theo dõi trường nhiệt độ và hình dạng của bể tan chảy trong thời gian thực trong khi in. Ví dụ: một công ty sử dụng thuật toán AI để xem xét những thay đổi về chiều rộng của bể tan chảy, tự động thay đổi công suất laser và giảm độ xốp từ 0,5% xuống dưới 0,1%, giúp tăng đáng kể mật độ của vật liệu.
3. Công nghệ-xử lý hậu kỳ: làm cho bề mặt tốt hơn và giữ nguyên hình dạng.
Xử lý nhiệt giúp loại bỏ ứng suất bên trong vật liệu.
Ủ, giống như nung nóng hợp kim titan trong argon ở nhiệt độ 800 độ trong hai giờ, có thể loại bỏ lực căng dư tích tụ trong quá trình in và ngăn chặn sự biến dạng trong quá trình lắp ráp. Có thể sử dụng quá trình làm nguội và tôi luyện để làm cho các bộ phận có độ bền-cao trở nên cứng hơn và cứng hơn. Các bộ phận bằng hợp kim nhiệt độ cao-làm từ niken-đã được xử lý bằng phương pháp ép đẳng tĩnh nóng (HIP) là một ví dụ. Mật độ của chúng gần như là 100% và độ bền mỏi của chúng đã tăng hơn 30%.
Gia công chính xác và xử lý bề mặt được thực hiện bằng máy
Gia công CNC: Đối với các bề mặt chức năng như bề mặt tiếp xúc ổ trục, hãy chừa khoảng trống 0,1–0,3 mm. Sử dụng công cụ máy CNC liên kết năm{3}}trục để đạt được yêu cầu chính xác về độ phẳng 0,02 mm và độ nhám Ra3.2.
Đánh bóng điện phân là một quá trình sử dụng các nguyên lý điện hóa để loại bỏ các vết va đập nhỏ trên bề mặt các bộ phận hợp kim nhôm. Điều này làm giảm độ nhám bề mặt từ Ra6 μ m xuống Ra0,2 μ m và tạo ra lớp thụ động giúp các bộ phận có khả năng chống ăn mòn cao hơn.
Sử dụng Al ₂ O3 hoặc hạt thủy tinh để đánh lên bề mặt ở tốc độ cao, xử lý phun cát sẽ loại bỏ bột thừa và làm cho bề mặt trông đồng nhất hơn. Ví dụ: một công ty cụ thể đã sử dụng phương pháp phun cát để điều chỉnh độ nhám bề mặt của bộ cấy hợp kim titan in 3D-đến Ra1,6 μm, giúp các tế bào xương bám vào chúng.
Bù biến dạng được điều khiển bằng mô phỏng
Bạn có thể sử dụng phần mềm như VoxelDance Engineering để mô phỏng toàn bộ quá trình in, đoán xem mọi thứ sẽ thay đổi như thế nào và tạo mô hình để bù đắp. Ví dụ, một công ty cụ thể đã cắt giảm độ biến dạng của các bộ phận sau khi điều chỉnh mô phỏng từ 0,5mm xuống 0,05mm đối với vòi phun nhiên liệu của động cơ hàng không và làm cho khe hở lắp ráp thậm chí còn cao hơn tới 80%.
4. Lập kế hoạch sắp xếp mọi thứ lại với nhau: Đảm bảo rằng mọi thứ đều chính xác một cách thường xuyên
Một nền tảng để lắp ráp những thứ rất cứng
Sử dụng cơ sở-có độ cứng cao, hệ thống truyền động và dẫn hướng chính xác cũng như thiết kế tích hợp để giảm bớt ảnh hưởng của biến dạng thiết bị lên độ đồng trục của cụm lắp ráp. Ví dụ, trong dây chuyền lắp ráp động cơ robot hình người, thiết kế thích ứng với môi trường (chẳng hạn như giữ nhiệt độ ổn định) được sử dụng để giảm thiểu số lỗi hệ thống.
Lắp ráp để định vị trực quan và kiểm soát lực
Thêm hệ thống quan sát có độ chính xác cao-để tìm vị trí và hướng của các bộ phận quan trọng như stato và rôto, đồng thời khắc phục mọi lỗi mắc phải trong quá trình lắp ráp. Đồng thời, các cảm biến điều khiển lực tích hợp được đặt ở cuối để theo dõi những thay đổi về lực và mô-men xoắn theo thời gian thực theo nhiều hướng, giúp cho việc "chèn linh hoạt" trở nên khả thi. Ví dụ, một công ty sử dụng công nghệ kiểm soát lực để giữ cho cụm động cơ và lực ép không thay đổi quá ± 5N, giúp vòng bi không bị gãy.
Phản hồi trong một vòng khép kín và khả năng theo dõi dữ liệu
Thu thập dữ liệu về áp suất, chuyển vị, mô-men xoắn và các yếu tố khác theo thời gian thực trong quá trình lắp ráp và so sánh chúng với cửa sổ quy trình được xác định trước. Hệ thống sẽ tự động đưa ra cảnh báo hoặc hành động nếu có sự cố. Ví dụ: một công ty tạo ra các bản ghi quy trình lắp ráp riêng biệt cho từng động cơ robot hình người, cung cấp khả năng kiểm soát quy trình thống kê (SPC) và khả năng truy xuất nguồn gốc chất lượng, đồng thời đảm bảo tính nhất quán của lô tốt hơn 99,9%.
5. Các trường hợp và xu hướng ngành được mong đợi
Lĩnh vực hàng không vũ trụ
GE Aviation sử dụng công nghệ SLM để in vòi phun nhiên liệu cho động cơ LEAP. Điều này kết hợp 20 mảnh thành một, giúp nó nhẹ hơn 25% và bền hơn gấp 5 lần. Nhờ điều khiển kết hợp tối ưu hóa tham số in và gia công chính xác CNC, độ chính xác lắp ráp của nó là ± 0,01mm.
Lĩnh vực cấy ghép y tế
Johnson&Johnson DePuy Synthes sử dụng cốc ổ cối bằng hợp kim titan được in 3D để giữ cho bề mặt nhẵn dưới Ra0,8 μm bằng cách sử dụng phương pháp đánh bóng điện phân. Điều này cùng với thiết kế cấu trúc xốp giúp tăng tốc độ phát triển xương lên 40%.