Wat zijn de moeilijkheden bij het beheersen van maatfouten van metalen 3D-printmatrijzen?

1. Maatverschil als gevolg van materiaalkrimp en thermische spanning
Tijdens het 3D-printproces ondergaan metalen materialen een vaste-vloeibare-vaste faseverandering. De thermische uitzettingscoëfficiënt en de krimpsnelheid zijn de belangrijkste factoren die van invloed zijn op hoe nauwkeurig de afmetingen zijn. Gebruik bijvoorbeeld materialen die veel gebruikt worden:

Roestvrij staal (zoals 316L): De krimp bij afkoeling bedraagt ​​ongeveer 4%. Als er tijdens de modelleringsfase geen omgekeerde correctie wordt uitgevoerd, kan de 100 mm lange mal krimpen tot 96 mm, wat buiten het tolerantiebereik van ± 0,1 mm ligt.
Titaniumlegeringen (zoals Ti-6Al-4V) krimpen ongeveer 2%, maar de thermische spanning bouwt zich sneller op, wat gemakkelijk kromtrekken kan veroorzaken, vooral in gebouwen met dunne muren of uitkragingen.
Moeilijkheidsgraad doorbraak: om de werkelijke krimpsnelheid te vinden, moet u reverse-engineeringtools zoals Geomagic Control X gebruiken. U moet ook de formule 'gecompenseerde maat=ontwerpgrootte ÷ (1-krimpsnelheid)' gebruiken tijdens de modelleringsstap. Mallen gemaakt van roestvrij staal moeten bijvoorbeeld 4,2% groter zijn (100 mm → 104,2 mm), en mallen gemaakt van titaniumlegeringen moeten 2,04% groter zijn (100 mm → 102,04 mm). Directionele compensatietechnologie kan ook moeilijke scenario's aan, waarbij de krimpsnelheid van de Z-as 10% hoger is dan die van de XY-as bij SLM-procedures.

2. Verbetering van procesparameters: de techniek voor het balanceren van energiedichtheid en laagdikte
Om 3D-printen met metaal accuraat te laten zijn, moeten eigenschappen zoals laservermogen, scansnelheid en laagdikte op een gecoördineerde manier worden gecontroleerd. Elke verandering in een parameter kan dimensionale problemen veroorzaken.

Onvoldoende energiedichtheid: Als het laservermogen te laag is of de scansnelheid te hoog is, smelt het poeder niet helemaal, waardoor onvolledige fusiedefecten ontstaan. Dit verzwakt de binding tussen de lagen en maakt de grootte van het object minder stabiel.
Hoge energiedichtheid: Als het laservermogen met meer dan 5% verandert, spettert het gesmolten zwembad krachtig en verandert het vloeibare metaal in ronde deeltjes op het ongesmolten poeder. Hierdoor wordt het oppervlak oneffen en verandert de grootte.
Keuze van de dikte van de lagen: Een laagdikte van 0,1 mm kan het efficiënter maken, maar de patronen zijn duidelijk en de ruwheid Ra is groter dan 5 μm. Een laagdikte van 0,03-0,05 mm kan de ruwheid Ra maken<3 μ m, but it will take more than three times longer to print.
Casestudy: Een luchtvaartbedrijf gebruikte SLM-technologie om turbinebladen te printen. Ze gebruikten orthogonale experimenten om de beste combinatie van parameters te vinden: een laservermogen van 300 W, een scansnelheid van 1200 mm/s, een laagdikte van 0,05 mm en een kruisscanpad (aangrenzende lagen werden langs de X/Y-as gescand). De maattolerantie werd effectief beheerd binnen ± 0,05 mm, conform de lucht- en ruimtevaartnormen.

3. Nauwkeurigheid van apparatuur: van het kalibreren van hardware tot het besturen van bewegingen
De fysieke basis voor maatcontrole is de precisie van de apparatuur. Om dit te bereiken moeten drie gebieden samenwerken om te verbeteren: de mechanische structuur, het bewegingssysteem en de sensoren.

Vlakheid van het platform: Als het printplatform niet waterpas is, hebben de lagen mogelijk niet dezelfde dikte, waardoor de afmetingen "dik aan de ene kant en dun aan de andere kant" kunnen zijn. Om er zeker van te zijn dat het meetverschil tussen de vijf punten (vier hoeken plus het midden) op het platform kleiner dan of gelijk is aan 0,05 mm, hebt u een meetklok nodig die tot op 0,01 mm nauwkeurig is.
Er zit een ruimte tussen de spindel en de geleiderail: als de afstand te groot is, zal de printkop te ver bewegen. Als je zegt dat hij 10 mm moet bewegen, zal hij in werkelijkheid 10,02 mm bewegen. Om de fout in de gatafstand te vinden, moet u een vlakke plaat printen met veel kleine gaatjes (5 mm in diameter en 20 mm uit elkaar) en een coördinatenmeetinstrument gebruiken. Vervolgens kunt u het probleem oplossen door de 'elektronische overbrengingsverhouding' van de apparaatsoftware te gebruiken.
Kalibratie van de laserspotdiameter: Als u de spotdiameter verkeerd instelt (bijvoorbeeld als deze in werkelijkheid 0,1 mm is, maar het programma zegt dat deze 0,08 mm is), kan er sprake zijn van "overburning" of "underburning". Druk een rechte lijn af van 10 mm lang, meet vervolgens de werkelijke breedte en vergelijk deze met wat het programma zegt. U moet de fout herstellen als deze groter is dan 0,02 mm.
4. Ontwerp van de draagconstructie: het vinden van de juiste balans tussen sterkte en verwijderingsgemak
De ondersteunende structuur is niet alleen het ‘skelet’ dat ervoor zorgt dat het model niet van vorm verandert, maar kan ook de oorzaak zijn van maatfouten:

Te veel ruimte tussen steunen: Als de ruimte tussen steunen op hangende delen (zoals een cantilever van 5 mm) meer dan 3 mm bedraagt, kan het item tijdens het afdrukken gaan hangen, wat variaties in de afmetingen veroorzaakt.
Steile ondersteuningshoek: als de hoek tussen de ondersteuning en het onderdeel kleiner is dan 45 graden, kan het verwijderen van de ondersteuning gemakkelijk "trekken" en de vorm van het onderdeel veranderen, vooral als het dun-wandig is (dikte<2mm).
Niet sterk genoeg aan de onderkant van de steun: Als de onderkant van de steun niet 50% groter in diameter is dan de bovenkant, kunnen de delen gemakkelijk kantelen vanwege ongelijkmatige spanning.
Nieuwe manier om het probleem op te lossen:
Gebruik van topologie-optimalisatiemethoden om lichtgewicht ondersteuningsstructuren te maken die sterk zijn maar minder materiaal vereisen; vereisen geavanceerde gereedschappen zoals ultrasone snijbladen om steunen te verwijderen en vervorming door hamerslagen te voorkomen. Door het ontwerp van de ondersteuning te verbeteren, kon een maker van mallen voor auto's de maattolerantie van dun-wandige onderdelen vergroten van ± 0,2 mm tot ± 0,08 mm.

5. Omgevingscontrole: de onzichtbare effecten van temperatuur en vochtigheid
Mensen denken doorgaans niet na over hoe omgevingsomstandigheden de dimensionale stabiliteit van 3D-printen met metaal beïnvloeden:

Temperatuurveranderingen: Veranderingen in de werkplaatstemperatuur van meer dan 5 graden (bijvoorbeeld 25 graden overdag en 18 graden 's nachts) kunnen ervoor zorgen dat apparatuur uitzet en krimpt, waardoor de afmetingen kunnen afwijken. U moet airconditioning installeren die de temperatuur op 22 ± 2 graden houdt.
Vochtopname van poeder: Als het metaalpoeder meer dan 0,1% vocht bevat, zullen bij het printen poriën ontstaan, waardoor de afmetingen onstabiel worden. Doe het geagglomereerde poeder in een zeef van 80 mesh en droog het gedurende 2 uur in een oven van 80 graden.