Sản xuất phụ gia (AM) là công nghệ sản xuất các sản phẩm tùy biến cao từ hầu hết mọi vật liệu. Do tính linh hoạt trong thiết kế, các bộ phận kim loại in 3D có thể được sản xuất cho nhiều ứng dụng khác nhau từ hàng không vũ trụ đến y tế.

Tuy nhiên, thiết kế độc đáo của AM có những trở ngại.

Các bộ phận kim loại mới được in yêu cầu các bước xử lý bổ sung để loại bỏ các cấu trúc hỗ trợ. Bề mặt hoàn thiện thô và độ chính xác kích thước không đáng tin cậy có thể không đáp ứng các tiêu chuẩn của các bộ phận chính xác (chẳng hạn như bề mặt tiếp xúc và lỗ ren). Vì sản xuất bồi đắp không đòi hỏi độ phức tạp và các bộ phận không cần phải tuân theo hình dạng trực giao thông thường nên các bộ phận tùy chỉnh cũng có thể có hình dạng khiến việc kẹp phôi trở nên đặc biệt khó khăn.

Tại sao sử dụng kim loại để sản xuất bồi đắp?

AM là một quy trình lý tưởng dành cho kim loại vì nó không yêu cầu các công cụ truyền thống để sản xuất các bộ phận kim loại mà không cần xem xét nhiều ràng buộc hình học và cho phép các bộ phận được hợp nhất để đạt được thiết kế hiệu quả hơn. Điều này làm cho nhiều loại hợp kim kim loại trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng hàng không vũ trụ, ô tô và y tế, đồng thời tăng năng suất ép phun và mở rộng khả năng của các ngành công nghiệp sáng tạo như xây dựng.

Các kim loại đặc biệt thích hợp để hàn và đúc là lý tưởng cho in 3D. Ngược lại, những kim loại khó cắt hoặc tốn kém về máy cũng rất lý tưởng cho sản xuất bồi đắp. Một số kim loại thường được sử dụng phù hợp cho in 3D bao gồm titan, nhôm, thép không gỉ và thép công cụ, inconel, đồng và vonfram.

Titanium phổ biến trong các ứng dụng hàng không vũ trụ và y tế do trọng lượng nhẹ. Bằng cách sử dụng cấu trúc lưới bên trong, bộ cấy ghép có thể được thiết kế để phù hợp với sự phát triển của xương. Mặt khác, thép có thể được sử dụng để in các bộ phận rắn có thể chịu được môi trường khắc nghiệt (chẳng hạn như quá trình đốt cháy hoặc áp suất giữ cao). Những kim loại này và các kim loại khác có thể được in từ bột hoặc dây nóng chảy.

Có thể sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau để thực hiện Metal AM, bao gồm thiêu kết laser chọn lọc (SLS) cho lớp bột, lắng đọng kim loại bằng laser (LMD) cho bột hoặc dây và lắng đọng năng lượng định hướng bằng dây (WDED).

SLS đã trở nên phổ biến nhờ sử dụng công nghệ "xếp chồng" để chế tạo các bộ phận nhỏ hơn với thiết kế phức tạp hơn, sử dụng tia laser CO2 để làm tan chảy bột kim loại trên khay giảm dần trong môi trường khí trơ kín dọc theo trục X và Y. Khi pallet được hạ xuống trước lần chiếu tia laser tiếp theo, các con lăn sẽ giữ cho nó phẳng.

WDED sử dụng tia laser để làm nóng chảy dây hàn được bơm qua vòi phun, thường là trong vỏ khí kín. So với SLS, phương pháp này có thể đạt được tốc độ lắng đọng cao hơn nhưng độ phân giải thấp hơn. WDED phổ biến trong các ứng dụng yêu cầu các bộ phận đơn giản hơn và trong các ứng dụng mà kỹ thuật sản xuất thông thường chậm hoặc đắt tiền, chẳng hạn như trong lĩnh vực hàng không vũ trụ và ô tô.

Thông qua công nghệ này, AM có thể tiết kiệm rất nhiều chi phí và thời gian cho những bộ phận khó chế tạo, đồng thời có thể chế tạo những bộ phận phức tạp hơn với số lượng nhỏ hơn.

In 3D kim loại thường yêu cầu các bước xử lý bổ sung

Các bộ phận kim loại in 3D nói chung không phải là giải pháp cho các nhà sản xuất muốn sản xuất hàng loạt bộ phận. AM lý tưởng cho sản xuất hàng loạt nhỏ, trong đó nhấn mạnh vào việc tùy chỉnh số lượng tuyệt đối và thiết kế độc đáo. Thật không may, ngay cả mức độ linh hoạt cao trong thiết kế cũng có thể gây ra vấn đề riêng.

Các bộ phận kim loại được in sẽ không lộ ra khỏi bề mặt máy và thường được chế tạo theo hình dạng độc đáo nên cần có các kết cấu đỡ để giúp các bộ phận luôn thẳng đứng và ổn định trong quá trình in. Do đó, để loại bỏ cấu trúc hỗ trợ và thực hiện quy trình đánh bóng bề mặt, cần phải có các bước xử lý bổ sung.

Giám đốc kinh doanh sản xuất bồi đắp người Canada của Renishaw, Mark Kirby, cho biết việc tháo khung hỗ trợ có thể yêu cầu các quy trình thủ công như cưa vòng và một số bộ phận nhất định có thể yêu cầu mài bavia, đặc biệt đối với các ứng dụng có thể không yêu cầu gia công.

“Điều trớ trêu là thứ duy nhất chúng tôi không dùng máy là đánh bóng một số bộ phận y tế, chẳng hạn như tấm sọ.” Kirby nói. "Chúng tôi sẽ làm rất nhiều công việc thủ công để giải quyết vấn đề này."

Nếu có lỗ trên bộ phận, tốt hơn là khoan lỗ sau đó thay vì đục lỗ để ngăn các bề mặt gồ ghề xuất hiện trong các không gian âm này và các bề mặt gồ ghề này thường xuất hiện tại thời điểm đo không đúng.

Mặc dù Kirby khuyên bạn nên in với một số tính năng lỗ không quan trọng nhất định có điểm chuẩn tốt, nhưng bất kỳ lỗ nào lớn hơn hoặc đặc biệt chính xác đều có thể có giá trị hơn giá trị của nó.

Kirby giải thích rằng nếu lỗ in không ở đúng vị trí, có thể phải sửa chữa thủ công tốn thời gian. "Tôi có thể phải nội suy nó theo hình xoắn ốc, sau đó đặt nó vào chính giữa nơi cần đặt, v.v. Nếu tôi chỉ khoan lỗ, nó sẽ ở đúng vị trí."

Ngoài ra, các lỗ in có thể được đặt bất tiện trên bộ phận và khó tiếp cận máy công cụ trong quá trình hoàn thiện.

Các bộ phận có hình dạng độc đáo có thể mang lại những thách thức khác khi gia công. Trong quá trình hoàn thiện, các bộ phận có thể cần được cố định ở các góc khác nhau, đòi hỏi nhà sản xuất phải hiểu đầy đủ vị trí phôi sẽ được liên kết với dụng cụ cắt và cách tiếp xúc với bàn làm việc của trung tâm gia công.

Đồ gá và tấm kẹp thường là giải pháp đồ gá được ưu tiên, nhưng lựa chọn này không hiệu quả đối với các bộ phận in 3D có hình học phức tạp.

Đối với các bộ phận phức tạp và tinh tế hơn, hàm mềm là một giải pháp tốt vì đường viền của chúng có thể khớp với bộ phận đó một cách chính xác hơn. Những chiếc hàm mềm này có thể được in 3D. Kirby nhận thấy những giải pháp này có hiệu quả nhưng các bộ phận được in nhỏ hơn (chẳng hạn như các bộ phận y tế) thường không được thiết kế để chịu được dung sai tải trọng khi gia công.

Những hạn chế này phải được ghi nhớ khi xem xét công nghệ xử lý và các giải pháp cố định phù hợp.

Tùy thuộc vào quá trình thêm, trước tiên có thể cần phải cắt phần 3D kim loại được in hoàn chỉnh khỏi đế hoặc bảng nối đa năng của nó. Một số vật liệu rất cứng và dễ mài mòn, khiến cho việc vận hành cưa vòng thủ công trở nên nguy hiểm, lãng phí và tốn kém. Trong trường hợp này, EDM dây hoặc EDM là sự lựa chọn tốt.

Brian Pfluger, giám đốc dòng sản phẩm EDM của Makino, cho biết EDM có thể được sử dụng như một thao tác một lần trên các bộ phận, với độ lặp lại và độ chính xác cực cao, đồng thời có thể được sử dụng để loại bỏ bộ phận và hoàn thiện bề mặt. So với vận hành cưa vòng thủ công, các tùy chọn như Wire EDM có thể giảm đáng kể chất thải và khả năng làm hỏng các bộ phận nhỏ hơn nhiều.

Pfluger cho biết: “Sử dụng Wire EDM, bạn có thể giữ độ đồng nhất cuối cùng của bộ phận trong khoảng 10 micron cho lần mài, phay hoặc xử lý bộ phận cuối cùng”. "Khi các bộ phận được cắt, chúng sẽ đồng nhất hơn và bạn có thể loại bỏ phế liệu."

So với các phương án gia công và hoàn thiện bề mặt truyền thống, EDM là một giải pháp tuyệt vời. Nó có thể tạo ra các lỗ xiên, các đặc điểm định hình và hoàn thiện bề mặt của các bộ phận có độ dày thay đổi.

Pfluger giải thích: “Mỗi máy Wire EDM đều có cái gọi là điều khiển công suất thích ứng”. Do sự thay đổi năng động của độ dày vật liệu, độ dày thay đổi rất tốn công sức. Máy phát điện phải có khả năng nhìn, nhận biết và phản ứng với nó. Nếu không, nó sẽ dẫn đến mất kết nối. "

Thông thường, các vật liệu dạng hạt (như bột) sẽ được lọc ra ngoài, nhưng các túi bột lớn hơn sẽ phá hủy hệ thống, vượt quá phạm vi mà bộ điều khiển công suất thích ứng có thể bù đắp và gây đứt dây dẫn đến làm giảm tốc độ vận hành của máy và quá trình hư hỏng. Những khoang này được xếp chồng lên nhau trong những không gian rỗng được thiết kế dưới dạng các bộ phận 3D.

Khi vòi xả đi qua khoang này, dòng chất lỏng sẽ mất áp suất, hiệu suất giảm, áp suất giảm và tạo ra nhiễu loạn. Các hạt nổi có thể làm hỏng dây EDM. Dây có đường kính lớn hơn hoặc sử dụng các loại dây khác nhau có thể chịu được thời gian lâu hơn, nhưng nhiều máy EDM dây cũng có thể tự động tua lại.

Sinker EDM là một lựa chọn khác, chuyên về các tính năng nhỏ hơn đòi hỏi độ chính xác cao hơn và độ hoàn thiện bề mặt tốt hơn. Sinker EDM lý tưởng để sản xuất các bán kính góc trong sắc nét hoặc các lỗ mù khó gia công.

John Zaya, giám đốc sản phẩm tại nơi làm việc của Big Kaiser giải thích rằng nếu Wire hoặc Sinker EDM dường như không phải là một giải pháp lý tưởng thì các máy công cụ lai bao gồm cả chất phụ gia và khả năng xử lý.

“Về mặt lý thuyết, những gì bạn có thể làm là in 3D các chi tiết lên một tấm, sau đó lắp ráp chúng thành các chi tiết in 3D, sau đó máy sẽ vào hoặc vào chế độ xử lý. Khi đó các dụng cụ cắt thực tế, dụng cụ cắt trừ sẽ được được sử dụng và xử lý cuối cùng của phôi."

Trong máy hybrid, các bộ phận được giữ chắc chắn trong cùng một vật cố định trong cả hai hoạt động, do đó loại bỏ sự cố trong việc định vị các bộ phận để gia công chính xác.

Giải pháp cố định cho sản xuất bồi đắp kim loại

Zaya tin rằng quản lý công việc là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong quy trình sản xuất bồi đắp và phải được xem xét trong mọi bước của quy trình sản xuất. Để đảm bảo rằng bộ phận đó có thể sản xuất được, cần phải cân nhắc về kích thước, hình dạng và vật liệu vì chúng liên quan đến giải pháp cố định của bất kỳ máy nào mà bộ phận đó sẽ sử dụng.

Zaya cho biết: “Thông qua việc tư vấn sơ bộ với các kỹ sư sản xuất, bạn có thể tránh được nhiều vấn đề có thể xảy ra trong dây chuyền sản xuất”.

Zaya tiếp tục nói rằng với một số kế hoạch trước, có thể xác định xem nên xếp các bộ phận lên một tấm cố định hay xem xét các hình học lắp đặt đặc biệt trong thiết kế của phôi để các núm kẹp có thể được kết nối sau khi các bộ phận được tháo ra. từ máy in. Đến một phần.

Michael cho biết một cách để xử lý các bộ phận in 3D bằng kim loại là sử dụng máy công cụ 5 trục và kẹp ít nhất 1/8 inch vật liệu hoặc sử dụng khớp nối hoặc đặt một số chốt định vị trực tiếp lên phôi. "Về cơ bản, bạn có thể xử lý xong toàn bộ máy cùng một lúc, sau đó lật nó lại và làm sạch mặt còn lại."

Trong những trường hợp không thể sử dụng các giải pháp tiên tiến như vậy (ví dụ do hình học rất phức tạp hoặc thiết kế nhạy cảm), hàm mềm chính là chìa khóa. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi phải chú ý đến đường viền của bộ phận và bán kính của hàm mềm.

Gaunce khuyến nghị rằng bán kính của hàm mềm nên nhỏ hơn một chút so với bán kính của bộ phận để đảm bảo độ bám chính xác và kẹp nó ở hai điểm. Zaya nói thêm rằng điều này đòi hỏi phải hiểu cách hoạt động của in 3D.

Zaya cho biết: "Khi bạn đặt phôi vào các hàm mềm và bề mặt phôi rất thô, nó sẽ được định vị ở 'điểm cao' của đặc điểm." "Bạn có thể không nhận được kết nối hoàn chỉnh và chỉ Đăng ký ở một số khu vực này."

Khi thiết kế trước tính năng lưu giữ, thiết kế của bộ phận có thể giúp việc lưu giữ trở nên đơn giản và đáng tin cậy hơn. Zaya giải thích rằng các lỗ định vị và tính năng buộc chặt có thể được in sẵn vào phôi hoặc vật đúc, trong khi các tấm nén hoặc các khu vực lõm để đồ đạc hoặc bu lông có thể được in thành các phần lớn hơn. "Lập kế hoạch trước cho thiết kế phôi để bao gồm vị trí kẹp hoặc vị trí dụng cụ, điều này rất có lợi cho việc chuẩn bị cho các hoạt động tiếp theo."

Trong trường hợp xấu nhất, các bộ phận đặc biệt mỏng manh, dễ vỡ và không có kẹp hoặc kẹp để hoàn thành công việc một cách an toàn. Ngoài ra, nhóm sáng tạo có thể đề xuất các giải pháp đặc biệt độc đáo cho các phôi gia công mỏng hoặc nhỏ bằng chất kết dính.

Renishaw và Đại học Waterloo gần đây đã hợp tác để thiết kế một thiết bị giúp căn chỉnh khớp hông của con người trong quá trình phẫu thuật. Do thiết kế độc đáo và thiết kế tổng quát của bộ phận này, nhóm đã đặt biệt danh cho bộ phận này là "Rắn hổ mang". Về mặt này, bốn chân cần được gia công để lắp đặt bộ phản xạ ngược cho quy trình y tế. Điều quan trọng là không làm biến dạng các bộ phận trong quá trình xử lý.

Để cố định bộ phận ở tấm dưới cùng của nó, một loạt miếng đệm đã được in 3D và bắt vít vào bảng. Bôi keo đặc biệt vào tấm nền để cố định các bộ phận vào đúng vị trí.

Kirby giải thích: “Chất keo được kích hoạt bằng tia cực tím để giữ cho các bộ phận ở trạng thái không bị biến dạng”. “Khi tôi xếp các bộ phận vào một đống keo và ninh kết, có lẽ tôi đã biết được vị trí của các bộ phận, trong phạm vi 1 mm. Sau đó, chúng ta phải sử dụng máy thăm dò phù hợp nhất."

Khi tiếp xúc với tia cực tím, keo có thể khô lại chỉ trong 90 giây, giúp dán phần titan vào đúng vị trí một cách hiệu quả.

Đối với các nhà sản xuất muốn giải quyết những thách thức đặc biệt trong thiết kế và sản xuất bộ phận, sản xuất đắp dần kim loại là một công cụ trong hộp công cụ, nhưng cần phải tìm ra cách thích hợp để cố định những bộ phận này cho bước hoàn thiện cuối cùng và xử lý hậu kỳ.

Liên kết đến bài viết này ： Sản xuất phụ gia có thể tùy chỉnh các bộ phận khác nhau cho hàng không và y tế

Tuyên bố Tái bản: Nếu không có hướng dẫn đặc biệt, tất cả các bài viết trên trang web này là bản gốc. Vui lòng ghi rõ nguồn để tái bản: https: //www.cncmachiningptj.com/，thanks！

Tấm kim loại, berili, thép cacbon, magiê, 3D in, độ chính xác Cơ khí CNC dịch vụ cho các ngành thiết bị nặng, xây dựng, nông nghiệp và thủy lực. Thích hợp cho nhựa và hiếm gia công hợp kim. Nó có thể biến các bộ phận có đường kính lên đến 15.7 inch. Các quy trình bao gồm gia công thụy sĩ, chuốt, tiện, phay, doa và ren. Nó cũng cung cấp đánh bóng kim loại, sơn, mài bề mặt và thân cây dịch vụ ép tóc. Phạm vi sản xuất lên đến 50,000 chiếc. Thích hợp cho vít, khớp nối, mang, bơm, bánhhộp đựng, máy sấy trống và thức ăn quay van Ứng dụng.PTJ sẽ cùng bạn lập chiến lược để cung cấp các dịch vụ hiệu quả nhất về chi phí nhằm giúp bạn đạt được mục tiêu của mình, Chào mừng bạn đến với Liên hệ với chúng tôi ( sales@pintejin.com ) trực tiếp cho dự án mới của bạn.