Làm cách nào để kiểm soát độ dày của tường khi in 3D Vỏ động cơ EV bằng kim loại?

Các mẫu về thường có thành không bằng phẳng. Nhiệt không tản đều, kích thước lắp ráp bị lệch và trọng lượng không đạt mục tiêu. Những vấn đề này thường bắt nguồn từ việc kiểm soát kém vềđộ dày của tường in 3D kim loại. Bài viết này đề cập đến cách thiết kế, in và kiểm tra độ dày thành để vỏ động cơ EV đáp ứng cả yêu cầu về hiệu suất và sản xuất.

Độ dày của tường ảnh hưởng đến bốn lĩnh vực chính:

Tản nhiệt – các bức tường không bằng phẳng tạo ra các điểm nóng và giảm hiệu quả làm mát.

Trọng lượng – vỏ nhẹ hơn giúp phạm vi hoạt động; trọng lượng xe giảm 10% thường cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng khoảng 6–8%.

Độ bền và độ cứng – vỏ phải chịu được mô-men xoắn và bảo vệ các bộ phận bên trong.

Niêm phong và lắp ráp - độ dày nhất quán giữ cho các bề mặt lắp và bề mặt bịt kín có dung sai.

Khi ngày càng có nhiều chương trình xe điện áp dụng công nghệ sản xuất bồi đắp, việc in 3D vỏ động cơ xe điện thành công phụ thuộc rất nhiều vào việc đạt được độ dày thành ngay từ đầu. Kiểm soát kémđộ dày của tường in 3D kim loạilà một trong những lý do phổ biến nhất khiến nguyên mẫu không đạt được thử nghiệm chức năng.

Mức tối thiểu thực tế phụ thuộc vào vật liệu, hình học và liệu bức tường có được hỗ trợ hay không.

Phạm vi đáng tin cậy điển hình cho phản ứng tổng hợp giường bột laser:

AlSi10Mg: 0,8–1,2 mm đối với tường kết cấu

Thép không gỉ (316L / 17-4PH): 0,5–0,8 mm

Titan (Ti-6Al-4V): 0,6–1,0 mm

Đôi khi có thể sử dụng tường mỏng hơn trên các đặc điểm nhỏ,{0}}không có cấu trúc, nhưng chúng làm tăng nguy cơ cong vênh, hợp nhất không hoàn toàn hoặc bề mặt gồ ghề. Đối với hầu hết các bộ phận in 3D bằng kim loại có thành mỏng, sẽ an toàn hơn nếu duy trì ở mức cao hơn trong phạm vi này. Độ dày thành tối thiểu tuyệt đối để in 3D kim loại có thể đạt 0,3–0,4 mm trong điều kiện lý tưởng, tuy nhiên con số đó hiếm khi phù hợp với tường vỏ động cơ chịu tải.

Phản ứng tổng hợp giường bột so với các quy trình khác

Sự kết hợp giữa giường bột mang lại độ phân giải tốt nhất và độ dày thành tối thiểu thực tế thấp nhất để in 3D kim loại. Các quá trình khác như lắng đọng năng lượng trực tiếp hoặc phun chất kết dính thường cần thành dày hơn. Do đó, hầu hết vỏ động cơ EV đều hoạt động bằng phản ứng tổng hợp giường bột.

Các vấn đề điển hình bao gồm:

Cong vênh sau khi loại bỏ hỗ trợ

Các cạnh bị xệ hoặc bị sập trên các bức tường không được hỗ trợ

Bột thừa bám vào bề mặt mỏng thẳng đứng

Quá nhiệt cục bộ tạo ra các vùng gồ ghề hoặc xốp

Sự thay đổi độ dày gây ra bởi gradient nhiệt

Tia laser làm nóng và làm nguội kim loại cực kỳ nhanh chóng. Vật liệu cố gắng giãn nở và co lại nhưng được giữ bởi kim loại rắn xung quanh và tấm xây dựng. Tường mỏng thiếu độ cứng nên ứng suất dư dễ dàng làm cong hoặc xoắn chúng. Nhôm đặc biệt nhạy cảm vì độ giãn nở nhiệt cao; titan có thể quá nóng vì nhiệt không thoát đi nhanh chóng. Định hướng, chiến lược hỗ trợ và xử lý nhiệt-giảm căng thẳng là những cách chính để giảm thiểu rủi ro này.

Giai đoạn thiết kế
Giữ quá trình chuyển đổi độ dày dần dần. Thêm xương sườn vào những nơi cần thêm độ cứng. Sử dụng các góc tròn thay vì góc nhọn. Các phần mỏng lớn không được hỗ trợ hầu như luôn gây rắc rối.

Xây dựng định hướng và hỗ trợ
Định hướng các bức tường mỏng quan trọng theo chiều dọc nhất có thể. Đặt các giá đỡ ở nơi chúng có thể được tháo ra một cách sạch sẽ. Các góc tự hỗ trợ-làm giảm lượng hỗ trợ cần thiết.

Thông số quy trình
Công suất laser, tốc độ quét và kiểu nở phải phù hợp với độ dày thành và vật liệu. Những bức tường mỏng hơn thường cần năng lượng đầu vào thấp hơn để tránh quá nóng.

xử lý hậu kỳ
Hầu như luôn cần phải xử lý nhiệt để giảm bớt căng thẳng-. Để nguyên vật liệu gia công trên bề mặt bịt kín và lắp đặt để có thể điều chỉnh kích thước cuối cùng sau khi xử lý nhiệt và tháo dỡ vật đỡ.

Điều tra
Sử dụng chức năng quét CT để xác định các đặc điểm bên trong, CMM để xác định kích thước bên ngoài và đo độ dày trực tiếp tại nhiều điểm. Kiểm tra cả độ dày trung bình và độ biến thiên cục bộ.

Một khách hàng cần vỏ động cơ EV bằng nhôm với mục tiêu trọng lượng mạnh mẽ và các kênh làm mát bên trong. Thiết kế đầu tiên bao gồm một số bức tường dày dưới 0,8 mm và độ dày thay đổi đột ngột.

Nhà sản xuất in 3D kim loại đã xem xét mô hình, nâng các bức tường quan trọng lên 1,0–1,2 mm, thêm các gân cục bộ và điều chỉnh hướng xây dựng. Các phần đầu tiên của bài viết được in bằng AlSi10Mg, giảm bớt áp lực và được gia công hoàn thiện trên các mặt chính. Sự thay đổi độ dày của thành nằm trong khoảng ±0,12 mm trên các phần quan trọng và lớp vỏ đáp ứng cả mục tiêu về trọng lượng và nhiệt. Một đợt chạy thử gồm 18 chiếc đã được giao đúng tiến độ với các báo cáo kiểm tra đầy đủ. Làm việc với một nhà máy in 3D kim loại có năng lực hiểu được hành vi độ dày của thành in 3D kim loại đã biến một thiết kế đầy rủi ro thành một quy trình có thể lặp lại.

Độ dày thành tối thiểu đã được chứng minh của bạn đối với AlSi10Mg, thép không gỉ và titan trên các bộ phận có kích thước tương tự là bao nhiêu?

Bạn có thể chia sẻ dữ liệu CMM hoặc CT gần đây từ các công việc có tường mỏng không?

Bạn xử lý việc giảm căng thẳng và hỗ trợ loại bỏ trên các vỏ phức tạp như thế nào?

Bạn đề xuất loại vật liệu gia công nào để bịt kín và lắp các mặt?

Bạn có hỗ trợ cả số lượng nguyên mẫu và các bộ phận in 3D kim loại bán buôn không?

Những câu hỏi này giúp bạn đánh giá liệu nhà cung cấp vỏ mô-tơ in 3D kim loại tùy chỉnh có kinh nghiệm thực tế trong việc kiểm soát độ dày thành in 3D kim loại hay không.

Kết quả-thành mỏng đáng tin cậy đến từ việc kiểm soát quy trình có kỷ luật thay vì theo đuổi độ dày lý thuyết thấp nhất. Các nhóm kết hợp các quy tắc thiết kế phù hợp với việc điều chỉnh tham số có kinh nghiệm và xử lý hậu kỳ-thích hợp luôn đạt được độ ổn định kích thước tốt hơn và năng suất cao hơn.