Làm thế nào để tránh biến dạng gia công các bộ phận in 3D kim loại?

一, Giai đoạn thiết kế: Tối ưu hóa cấu trúc liên kết bằng mô phỏng ứng suất
1. Mô phỏng sự phân bố ứng suất và xây dựng lại kết cấu
Một công ty sản xuất cánh tuabin cho ngành hàng không vũ trụ đã sử dụng phần mềm Simufact Additive để chạy mô phỏng khớp nối cơ nhiệt. Họ quan sát thấy rằng các thiết kế điển hình cho thấy sự tập trung ứng suất ở vùng chuyển tiếp rễ phiến. Việc thay đổi chuyển đổi góc vuông sang chuyển tiếp góc tròn với bán kính 5 mm và lấp đầy khu vực không chịu ứng suất bằng cấu trúc mạng tinh thể đã giảm mức ứng suất cực đại từ 420MPa xuống 280MPa và biến dạng in xuống 62%. Kịch bản này cho thấy rằng việc tối ưu hóa cấu trúc liên kết dựa trên mô phỏng có thể tìm thấy trước-các điểm căng thẳng cao và tạo ra sự phân bổ căng thẳng ngay cả khi thay đổi cấu trúc.
2. Thiết kế thông minh các công trình bền vững
Các công thức thực nghiệm được sử dụng trong thiết kế hỗ trợ truyền thống, có thể dễ dàng gây ra nhiệt tích tụ ở một khu vực. Phần mềm VoxelDance Engineering của Manga Technology sử dụng công nghệ quét bù biến dạng để tự động tạo các cấu trúc hỗ trợ phù hợp với hình dạng của các bộ phận. Phương pháp này cải thiện mật độ phân bổ hỗ trợ trong khi in các tay cầm khớp nhân tạo trong một công ty thiết bị y tế. Nó làm giảm độ sâu hư hỏng bề mặt do loại bỏ vật liệu hỗ trợ sau khi thiêu kết từ 0,3mm xuống 0,05mm và cắt giảm 30% lượng vật liệu hỗ trợ cần thiết.
3. Xây dựng mô hình bù đắp trước biến dạng
Đối với thân van thủy lực hàng không cần độ chính xác trong phạm vi ± 0,02mm, Công ty Công nghệ Platinum sử dụng một quy trình-vòng kín được gọi là "bù quét in". Trong quá trình này, mô hình ban đầu được in bằng thép không gỉ 316L và máy quét 3D ATOS Triple Scan sẽ lấy dữ liệu biến dạng thực tế. Sau đó, dữ liệu này được sử dụng để tạo mô hình biến dạng trước{6}}ngược lại trong phần mềm Magics. Sau hai vòng hiệu chỉnh, dung sai kích thước thiết yếu của các bộ phận đã tăng từ ± 0,15 mm lên ± 0,03 mm, đây là mức mà các tiêu chuẩn hàng không yêu cầu.
2, Giai đoạn xử lý: Kiểm soát cộng tác nhiều tham số
1. Thay đổi cài đặt của tia laser một cách nhanh chóng
Thiết bị Huashu High Tech FS200M tự động thay đổi công suất laser và tốc độ quét trong khi in buồng đốt của một động cơ nhất định bằng cách theo dõi trường nhiệt độ của bể nóng chảy trong thời gian thực. Trong vùng có độ dày thành 3mm, thông số 800W/1200mm/s được sử dụng và ở vùng có độ dày thành 0,8mm, thông số 600W/800mm/s được sử dụng. Việc điều chỉnh tham số phân vùng này giúp giảm 40% lượng nhiệt đầu vào ở các phần có tường mỏng- và giảm 55% ứng suất dư. Nó cũng khắc phục vấn đề biến dạng thiêu kết trong cấu trúc đúc hẫng 0,5mm.
2. Cải tiến quy trình rải bột
Thiết bị EOS M 400-4 sử dụng công nghệ rải bột thích ứng để xử lý ảnh hưởng của độ dày lớp bột đến biến dạng. Nó giữ độ dày lớp ở mức 40 μ m trong vùng hỗ trợ và thay đổi linh hoạt thành 25 μ m trong diện tích bề mặt dạng tự do. Dữ liệu thử nghiệm chứng minh rằng phương pháp này giúp giảm độ lệch giữa các lớp của các bộ phận có thành mỏng từ 0,12 mm lên 0,03 mm và tăng giá trị độ nhám bề mặt Ra từ 12,5 μ m lên 6,3 μ m.
3. Kiểm soát khí quyển bằng khí trơ
Thiết bị Platinum BLT-S800 giữ mức không khí và độ ẩm rất thấp (dưới 10% RH và 50ppm) trong khi in cấy ghép chỉnh hình bằng hợp kim titan. Việc này được thực hiện bằng cách sử dụng hệ thống điều khiển vòng-đóng. Các thí nghiệm so sánh các môi trường khác nhau đã chỉ ra rằng môi trường này có thể làm giảm tốc độ oxy hóa bột từ 0,8% xuống 0,15%. Điều này giải quyết vấn đề màng oxit khiến các lớp khó kết nối và làm cho các bộ phận bền hơn 18%.
3,Giai đoạn xử lý hậu kỳ là khi các lỗi được khắc phục và hiệu suất được cải thiện.
1. Xử lý cô đặc bằng phương pháp ép đẳng tĩnh nóng (HIP)
Một doanh nghiệp kinh doanh động cơ hàng không cụ thể đã sử dụng thiết bị ép đẳng tĩnh nóng QIH-15L để gia công các bộ phận hợp kim nhiệt độ cao Inconel 718. Giữ các bộ phận ở nhiệt độ 1200 độ /150MPa trong 4 giờ làm cho chúng đặc hơn (từ 99,2% đến 99,98%) và ít xốp hơn (từ 0,3% đến 0,002%). Tuổi thọ mỏi của các bộ phận đã qua xử lý dài hơn ba lần và các vết nứt vi mô hình thành trong quá trình thiêu kết đã hoàn toàn biến mất.
2. Quy trình xử lý nhiệt gradient
Đối với thân van thủy lực bằng thép không gỉ 316L, hãy thực hiện quy trình xử lý nhiệt ba-bước: ủ giảm căng thẳng ở 550 độ trong 2 giờ, xử lý dung dịch ở 1050 độ trong 1 giờ và xử lý lão hóa ở 480 độ trong 4 giờ. Quy trình này làm cho các bộ phận cứng hơn, từ 180HV xuống 280HV và giảm ứng suất dư, từ 320MPa xuống 80MPa. Điều này khắc phục vấn đề phục hồi kích thước sau khi gia công.
3. Công nghệ loại bỏ hỗ trợ thông minh
Trên thiết bị DMG MORI LASERTEC 65 3D, trung tâm gia công liên kết năm trục được sử dụng để loại bỏ hỗ trợ: lực cắt được giám sát trong thời gian thực thông qua hệ thống Kiểm soát lực và tốc độ tiến dao được điều chỉnh tự động. Các thử nghiệm đã chứng minh rằng công nghệ này giúp tháo dỡ vật đỡ dễ dàng hơn 40% và giữ độ sâu hư hỏng bề mặt trong khoảng 0,02 mm, đây là điều mà các bộ phận hàng không cần phải giữ nguyên vẹn.