Làm thế nào để kết hợp in 3D kim loại và gia công CNC một cách hợp lý nhất?

一, Sự bổ sung công nghệ: sự thay đổi hợp lý từ "đối lập" sang "cộng sinh"
In 3D kim loại (sử dụng công nghệ SLM/DMLS làm ví dụ) sử dụng tia laser để làm tan chảy từng lớp bột kim loại, giúp có thể xây dựng tất cả các cấu trúc nội thất phức tạp cùng một lúc. Lợi ích chính của nó là:
Đột phá về mức độ tự do về cấu trúc: có thể tạo ra các cấu trúc dạng lưới, các kênh làm mát phù hợp, các bề mặt không bằng phẳng và những thứ khác mà các máy CNC thông thường không thể làm được. Ví dụ, một thân van thủy lực nhất định có các mạch dầu so le thông qua in 3D, khiến kênh dòng chảy phức tạp hơn 300%. Gia công CNC cần nhiều kẹp và khó đảm bảo kín.
Sản xuất bồi đắp không lãng phí bất kỳ vật liệu nào và tỷ lệ sử dụng vật liệu có thể trên 90%, lớn hơn nhiều so với tỷ lệ 50% đến 70% của gia công CNC.
Khả năng lặp lại nhanh chóng: Sau khi thay đổi mô hình kỹ thuật số, có thể in ngay mà không cần phải đúc lại. Điều này đã cắt giảm thời gian cần thiết để phát triển hàng hóa mới từ nhiều tháng xuống còn vài ngày.
Tuy nhiên, độ chính xác ban đầu (± 0,04 mm) và độ nhám bề mặt (Ra12,5 μ m) của in 3D khiến cho việc lắp ráp có độ chính xác-cao khó đáp ứng được. Đây là lúc gia công CNC trở nên rất quan trọng:
Hiệu chỉnh kích thước: Để bù cho biến dạng co ngót trong quá trình in, bạn nên phay bề mặt dẫn hướng của máy công cụ với độ chính xác ± 0,02mm.
Hoàn thiện bề mặt: Phay chính xác tăng độ nhám bề mặt từ Ra12,5 μm ở trạng thái đúc-lên Ra1,6 μm và đánh bóng gương thậm chí có thể nâng nó lên Ra0,2 μm.
Gia công tính năng chính: CNC rất giỏi trong việc thực hiện tất cả các loại gia công cục bộ, như tạo các mặt cuối với độ chính xác cao và các lỗ ren có độ chính xác cao.
2, Một trường hợp sử dụng phổ biến là khi bạn cần đáp ứng cả yêu cầu về cấu trúc phức tạp và độ chính xác.
1. Trong kinh doanh hàng không vũ trụ, cần có sự cân bằng giữa trọng lượng nhẹ và khả năng mang nhiều trọng lượng.
Một doanh nghiệp hàng không vũ trụ sử dụng phương pháp "in 3D+CNC" để chế tạo buồng đốt động cơ:
Quy trình in 3D: In các hình dạng phức tạp với các kênh làm mát phù hợp từ Inconel 718, một hợp kim nhiệt độ cao-dựa trên niken. Điều này làm cho cấu trúc nhẹ hơn 35% và có thể chịu được nhiệt độ lên tới 1200 độ.
Quy trình CNC: Gia công-siêu chính xác bề mặt bịt kín đến độ phẳng 0,01mm để đảm bảo nó hoạt động tốt trong các tình huống-áp suất cao.
Xác minh hiệu quả: Chu trình sản xuất ngắn hơn 60% so với phương pháp đúc và hàn tiêu chuẩn và tuổi thọ mỏi dài gấp đôi.
2. Cấy ghép y tế: sự kết hợp giữa cá nhân hóa và tương thích sinh học
Cấy ghép chỉnh hình bằng hợp kim titan được thực hiện như thế nào:
In 3D: Sử dụng dữ liệu CT từ bệnh nhân, in thân xương đùi xốp với độ xốp từ 60% đến 80% và kích thước lỗ từ 200 đến 500 μm. Điều này sẽ bắt chước hình dạng của trabeculae xương tự nhiên.
Gia công CNC: phay chính xác bề mặt tiếp xúc hình nón chạm vào khoang tủy xương để đảm bảo nó đáp ứng dung sai mức H7 và đạt được sự cố định sinh học.
Xử lý bề mặt: Phun cát và anodizing làm cho bề mặt cứng hơn, giúp các tế bào xương bám vào.
3. Khuôn công nghiệp: sự cân bằng tốt giữa các kênh dòng chảy phức tạp và khả năng làm mát tốt
Một công ty khuôn mẫu nào đó sử dụng giải pháp sản xuất hỗn hợp:
In 3D tạo ra lõi khuôn với ba lớp kênh làm mát bên trong cùng một lúc. Điều này giúp làm mát hiệu quả hơn 30% và khắc phục sự cố rò rỉ xảy ra với nối khối tiêu chuẩn.
Gia công CNC: đánh bóng bề mặt chia tay đến Ra0,4 μm để dễ dàng tháo lắp các chi tiết nhựa hơn.
So sánh chi phí: Chi phí cho mỗi sản phẩm đã giảm 42% và không cần phải lo lắng về phế liệu khuôn do biến dạng hàn.
3, Lộ trình tích hợp quy trình: cải thiện toàn bộ quy trình từ thiết kế đến xử lý hậu kỳ
1. Giai đoạn thiết kế: Tối ưu hóa cấu trúc liên kết tùy theo giới hạn của quá trình sản xuất.
DFAM (Thiết kế cho sản xuất bồi đắp): Sử dụng phương pháp tạo cấu trúc mạng tinh thể để giảm trọng lượng xuống một nửa trong khi vẫn giữ được độ bền.
Dung sai gia công dành riêng: Dành 0,3–0,5 mm cho các bộ phận cần hoàn thiện CNC, như bề mặt lắp ráp và vị trí lỗ. Điều này sẽ giữ cho các mẫu lớp in không ảnh hưởng đến độ chính xác.
Tối ưu hóa cấu trúc hỗ trợ: Sử dụng phân tích mô phỏng để cắt giảm số lượng hỗ trợ trong khi vẫn đảm bảo rằng các công cụ CNC vẫn dễ dàng sử dụng. Ví dụ: giá đỡ cho một khung hàng không nhất định được đặt trên bề mặt không{1}}được gia công, giúp giảm 30% thời gian gia công CNC.
2. Giai đoạn in: Làm việc cùng nhau để điều chỉnh cài đặt và xử lý hậu kỳ
Choose spherical powder (flowability>30s/50g) để bột phân bố đều hơn và giảm độ xốp xuống dưới 0,5%.
Kỹ thuật xử lý nhiệt bao gồm ủ giảm ứng suất ở 650 độ trong 2 giờ và ép đẳng tĩnh nóng (HIP) để nâng mật độ lên trên 99,9%.
Kiểm soát hướng: Sử dụng phần mềm Magics để tìm góc tốt nhất để đặt các phần tử nhằm giảm lượng hỗ trợ cần thiết cho các công trình treo.
3. Giai đoạn gia công CNC: liên kết năm-trục và bù thông minh
Trung tâm gia công năm{0}}trục: Hệ thống Siemens 840D được dùng để kẹp và gia công các bề mặt phức tạp trong một lần, giúp ngăn ngừa sai sót khi định vị.
Công nghệ song sinh kỹ thuật số: sử dụng mô phỏng Vericut để dự đoán cách gia công sẽ thay đổi và điều chỉnh mô hình trước thời hạn. Ví dụ, mô phỏng đã cải thiện độ chính xác đường viền của một cánh tuabin nhất định từ ± 0,05 mm đến ± 0,02 mm.
Khi kiểm tra máy: Sử dụng đầu dò Renishaw để theo dõi kích thước gia công trong thời gian thực và khắc phục các lỗi xảy ra do mòn dụng cụ.
4. Giai đoạn xử lý bề mặt: kết hợp chức năng hóa và trang trí
Xử lý phun cát: Sử dụng 120 hạt thủy tinh dạng lưới tạo độ nhám bề mặt Ra3,2 μm giúp lớp phủ bám dính tốt hơn.
Quá trình oxy hóa hồ quang vi mô: Tạo lớp phủ gốm dày 10 μm trên bề mặt hợp kim titan. Phim có độ cứng 1000HV và khả năng chống mài mòn cao gấp 5 lần.
Lớp phủ PVD: Phủ lớp phủ TiN làm cho bề mặt cứng hơn (2200HV) và mang lại vẻ ngoài vàng kim.