Hoe combineer je 3D-printen van metaal met CNC-bewerking op de meest redelijke manier?

一, Technologische complementariteit: een logische verandering van ‘oppositie’ naar ‘symbiose’
Metaal 3D-printen (met als voorbeeld SLM/DMLS-technologie) maakt gebruik van een laser om metaalpoeder laag voor laag te smelten, waardoor het mogelijk wordt om ingewikkelde interieurstructuren in één keer te bouwen. De belangrijkste voordelen zijn:
Doorbraak in structurele vrijheidsgraden: in staat om roosterstructuren, conforme koelkanalen, oneffen oppervlakken en andere dingen te maken die typische CNC-machines niet kunnen. Een bepaald hydraulisch kleplichaam krijgt bijvoorbeeld gespreide oliecircuits door middel van 3D-printen, wat het stromingskanaal 300% ingewikkelder maakt. Voor CNC-bewerking zijn veel klemmen nodig en het is moeilijk om ervoor te zorgen dat deze goed afdicht.
Bij additieve productie wordt geen materiaal verspild en kan de materiaalbenuttingsgraad boven de 90% liggen, wat veel groter is dan de 50% tot 70% voor CNC-bewerking.
Het vermogen om snel te herhalen: nadat het digitale model is gewijzigd, kan het meteen worden afgedrukt zonder dat het opnieuw hoeft te worden gevormd. Hierdoor is de tijd die nodig is om nieuwe goederen te ontwikkelen teruggebracht van maanden naar dagen.
Maar de initiële nauwkeurigheid (± 0,04 mm) en oppervlakteruwheid (Ra12,5 μm) van 3D-printen maken het moeilijk om te voldoen aan de behoeften van hoge-precieze assemblage. Dit is het moment waarop CNC-bewerking erg belangrijk wordt:
Maatcorrectie: Om de krimpvervorming tijdens het printen te compenseren, moet u het geleidingsoppervlak van de machinegereedschappen frezen met een nauwkeurigheid van ± 0,02 mm.
Oppervlakteafwerking: Precisiefrezen verhoogt de oppervlakteruwheid van Ra12,5 μm in de -gegoten toestand tot Ra1,6 μm, en spiegelpolijsten kan deze zelfs verhogen tot Ra0,2 μm.
Belangrijkste kenmerk bewerking: CNC is uitstekend in het uitvoeren van allerlei soorten lokale bewerkingen, zoals het maken van eindvlakken met hoge precisie en draadgaten met hoge precisie.
2. Een veelvoorkomend gebruiksscenario is wanneer u aan zowel ingewikkelde structuur- als precisie-eisen moet voldoen.
1. In de lucht- en ruimtevaartsector moet er een evenwicht zijn tussen licht zijn en veel gewicht kunnen dragen.
Eén lucht- en ruimtevaartbedrijf gebruikt de "3D-printen+CNC"-methode om verbrandingskamers van motoren te maken:
3D-printproces: ingewikkelde vormen printen met conforme koelkanalen uit Inconel 718, een op nikkel-gebaseerde hoge- legering. Hierdoor zijn de constructies 35% lichter en bestand tegen temperaturen tot 1200 graden.
CNC-proces: uiterst-precieze bewerking van het afdichtingsoppervlak tot een vlakheid van 0,01 mm om ervoor te zorgen dat het goed werkt in situaties met hoge- druk.
Effectverificatie: De productiecyclus is 60% korter dan bij standaard giet- en lasmethoden en de levensduur tegen vermoeiing is twee keer zo lang.
2. Medische implantaten: een mix van personalisatie en biocompatibiliteit
Hoe orthopedische implantaten van titaniumlegeringen worden gemaakt:
3D-printen: Print met behulp van CT-gegevens van de patiënt een poreuze femursteel met een porositeit van 60% tot 80% en een poriegrootte van 200 tot 500 μm. Dit zal de vorm van natuurlijke bottrabeculae nabootsen.
CNC-bewerking: nauwkeurig frezen van het conische pasvlak dat de beenmergholte raakt om ervoor te zorgen dat het voldoet aan de H7-niveautolerantie en biologische fixatie bereikt.
Oppervlaktebehandeling: Door zandstralen en anodiseren wordt het oppervlak ruwer, waardoor botcellen eraan blijven kleven.
3. Industriële matrijzen: een goede balans tussen ingewikkelde stromingskanalen en goede koeling
Een bepaald matrijzenbedrijf gebruikt een gemengde productieoplossing:
3D-printen maakt in één keer een malkern met drie lagen interne koelkanalen. Dit maakt de koeling 30% effectiever en lost het probleem op van lekkages die optreden bij standaard bloksplitsing.
CNC-bewerking: polijst het scheidingsoppervlak tot Ra0,4 μm om het verwijderen van plastic onderdelen te vergemakkelijken.
Kostenvergelijking: De kosten per stuk zijn met 42% gedaald en u hoeft zich geen zorgen te maken over schimmelresten als gevolg van lasvervorming.
3, Pad van procesintegratie: verbetering van het hele proces, van ontwerp tot na-verwerking
1. Ontwerpfase: Optimaliseer de topologie afhankelijk van de grenzen van het productieproces.
DFAM (Design for Additive Manufacturing): Met behulp van een roosterstructuurgenererende methode wordt het gewicht gehalveerd terwijl de sterkte behouden blijft.
Gereserveerde bewerkingstoeslag: Reserveer 0,3–0,5 mm voor elementen die CNC-afwerking nodig hebben, zoals montageoppervlakken en plaatsing van gaten. Hierdoor wordt voorkomen dat de printlaagpatronen de nauwkeurigheid beïnvloeden.
Optimalisatie van de ondersteuningsstructuur: Gebruik simulatieanalyse om de hoeveelheid ondersteuning te verminderen en ervoor te zorgen dat CNC-gereedschappen nog steeds gemakkelijk te bereiken zijn. De ondersteuning voor een bepaalde luchtvaartbeugel wordt bijvoorbeeld op het niet-bewerkte oppervlak geplaatst, waardoor de CNC-bewerkingstijd met 30% wordt verkort.
2. Afdrukfase: samenwerken om de instellingen te regelen en na- de nabewerking uit te voeren
Choose spherical powder (flowability>30s/50g) om het poeder gelijkmatiger te verdelen en de porositeit te verlagen tot minder dan 0,5%.
De warmtebehandelingstechniek omvat spanningsvrij gloeien bij 650 graden gedurende 2 uur en heet isostatisch persen (HIP) om de dichtheid te verhogen tot boven 99,9%.
Richtingcontrole: Gebruik Magics-software om de beste hoek te vinden voor het plaatsen van elementen, zodat er minder ondersteuning nodig is voor hangende constructies.
3. De CNC-bewerkingsfase: vijf- assenkoppeling en slimme compensatie
Bewerkingscentrum met vijf- assen: het Siemens 840D-systeem wordt gebruikt om complexe oppervlakken in één keer op te spannen en te bewerken, waardoor positioneringsfouten worden voorkomen.
Digital Twin-technologie: het gebruik van Vericut-simulatie om te voorspellen hoe de bewerking zal veranderen en het van tevoren aanpassen van het model. Simulatie verbeterde bijvoorbeeld de contournauwkeurigheid van een bepaald turbineblad van ± 0,05 mm naar ± 0,02 mm.
Bij machine-inspectie: Renishaw meettasters gebruiken om de bewerkingsafmetingen in realtime in de gaten te houden en fouten op te lossen die optreden als gevolg van gereedschapsslijtage.
4. Fase van oppervlaktebehandeling: combineren van functionaliteit en versiering
Zandstraalbehandeling: gebruik glaskralen van 120 mesh om de oppervlakteruwheid Ra3,2 μm te maken, zodat de coating beter blijft plakken.
Microboogoxidatie: maak een keramische coating van 10 μm dik op het oppervlak van een titaniumlegering. De folie is 1000HV hard en vijf keer beter bestand tegen slijtage.
PVD-coating: Door het aanbrengen van een TiN-coating wordt het oppervlak harder (2200HV) en krijgt het een gouden uitstraling.