Como conseguir uma montagem de{0}alta precisão após a impressão 3D de metal?

1. Otimização do projeto: interrompa os erros de montagem antes que eles aconteçam.
Compensação dinâmica e distribuição de tolerância
Com base nas características do processo de impressão (por exemplo, precisão SLM ± 0,05 mm e EBM ± 0,1 mm), deixe espaço para tolerâncias de montagem na fase do modelo 3D. Por exemplo, a superfície onde as pás da turbina e o disco de um motor de aeronave se encontram deve ser mantida dentro de uma tolerância de ± 0,02 mm. A função "expansão horizontal" pode ser usada para compensar o encolhimento do material durante a impressão (por exemplo, a taxa de encolhimento de uma liga de titânio é de cerca de 0,8%). O software de simulação VoxelDance Engineering ajudou a Guangzhou Ruitong Additive Manufacturing Company a melhorar a compensação de deformação de implantes dentários. Isso reduziu a deformação do anel de posicionamento de 0,3 mm para 0,1 mm, o que resolveu o problema de precisão da montagem.
Interfaces padronizadas e design modular
Usando métodos de conexão convencionais, como conexões de interface USB e estruturas de encaixe e espiga estilo Lego para facilitar a montagem. Por exemplo, o modelo de corrida OpenRC F1 possui interfaces padronizadas que facilitam aos usuários a troca de peças como pneus e barbatanas traseiras. Para construções complicadas, elas podem ser divididas em partes menores e separadas (como juntas, elos e carcaças de braços robóticos) que podem ser impressas e montadas de forma independente. Isso torna mais fácil corrigir e atualizar posteriormente.
Otimização de suporte e emenda de impressão-voltada para baixo
Use a superfície que precisa ser emendada como base de impressão e use o nivelamento da primeira camada para tornar a emenda mais precisa. Por exemplo, ao imprimir dois modelos semi{1}}circulares, a face voltada para baixo pode tornar a costura menos afetada pelas camadas. A redução da área de contato com treliça ou suporte cônico facilita a remoção posterior. Por exemplo, itens feitos de aço inoxidável 316L usam uma técnica de digitalização em tabuleiro de xadrez e digitalização de contorno para tornar a superfície menos áspera, indo de Ra12 μm a Ra3,2 μm.
2. Controle de processo: gerenciamento preciso das configurações de impressão
Otimizando a densidade de energia
Você pode regular o formato da poça derretida alterando a potência do laser, a velocidade de digitalização e a espessura da camada. Isso pode ajudar a prevenir problemas como esferoidização e fusão incompleta. Por exemplo, a densidade de energia da liga de titânio Ti6Al4V deve ser mantida entre 60 e 120 J/mm³. Se a potência for muito baixa ou a velocidade muito rápida, a força de ligação entre camadas pode não ser forte o suficiente. Se a densidade de energia for muito alta, poderá produzir fissuras por tensão térmica.
Manter o ar limpo e a temperatura adequada
Para evitar a oxidação do metal, gás argônio ou nitrogênio de alta pureza (com um nível de oxigênio inferior a 0,1%) é adicionado em cada etapa. Por exemplo, pré-aquecer o substrato a 150–200 graus antes de imprimir a liga de alumínio AlSi10Mg ajuda a diminuir o estresse térmico e a evitar empenamento. Além disso, o uso da tecnologia de varredura colaborativa de múltiplos-feixes pode distribuir a entrada de calor de maneira uniforme e reduzir o estresse residual.
Monitoramento on-line e fornecimento de feedback em um ciclo fechado
Usei termômetros infravermelhos, câmeras de fusão e outros sensores para monitorar o campo de temperatura e o formato da poça de fusão em tempo real durante a impressão. Por exemplo, uma empresa utiliza algoritmos de IA para observar mudanças na largura da poça de fusão, variar automaticamente a potência do laser e reduzir a porosidade de 0,5% para menos de 0,1%, o que aumenta muito a densidade do material.
3. Tecnologia de pós-processamento: melhorando a superfície e mantendo sua forma.
O tratamento térmico elimina o estresse dentro do material.
O recozimento, como o aquecimento da liga de titânio em argônio a 800 graus por duas horas, pode eliminar a tensão residual que se acumula durante a impressão e interromper a distorção durante a montagem. A têmpera e o revenido podem ser usados ​​para tornar peças de alta resistência-mais duras e tenazes. Peças de liga-à base de níquel-de alta temperatura que foram tratadas com prensagem isostática a quente (HIP) são um exemplo. Sua densidade é de quase 100% e sua resistência à fadiga aumentou mais de 30%.
Usinagem de precisão e tratamento de superfície feito por máquinas
Usinagem CNC: Para superfícies funcionais, como superfícies de contato de rolamentos, deixe um espaço de 0,1–0,3 mm. Use uma máquina-ferramenta CNC de articulação de cinco eixos para atingir requisitos precisos de planicidade de 0,02 mm e rugosidade Ra3.2.
O polimento eletrolítico é um processo que utiliza princípios eletroquímicos para eliminar pequenas saliências na superfície das peças de liga de alumínio. Isso reduz a rugosidade da superfície de Ra6 μm ​​para Ra0,2 μm e cria uma camada de passivação que torna as peças mais resistentes à corrosão.
Usando Al ₂ O3 ou esferas de vidro para atingir a superfície em alta velocidade, o tratamento de jato de areia elimina os restos de pó e torna a superfície mais consistente. Por exemplo, uma empresa específica usou jato de areia para ajustar a rugosidade da superfície de implantes de liga de titânio-impressos em 3D para Ra1,6 μm, o que ajudou as células ósseas a aderirem a eles.
Compensação de deformação orientada por simulação
Você pode usar softwares como o VoxelDance Engineering para simular todo o processo de impressão, adivinhar como as coisas vão mudar e fazer modelos de compensação. Uma empresa específica, por exemplo, reduziu a deformação das peças após o ajuste da simulação de 0,5 mm para 0,05 mm para bicos de combustível de motores de aviação e tornou a folga de montagem mais uniforme em 80%.
4. Planeje a montagem das coisas: Certificando-se de que tudo está correto regularmente
Uma plataforma para montar coisas que é muito rígida
Usando uma base de alta-rigidez, um sistema preciso de transmissão e orientação e um design integrado para diminuir o efeito da deformação do equipamento na coaxialidade da montagem. Por exemplo, na linha de montagem de motores de robôs humanóides, o projeto de adaptação ambiental (como manter a temperatura consistente) é empregado para reduzir o número de erros do sistema.
Montagem para posicionamento visual e controle de força
Adicione um sistema de visão de alta-precisão para encontrar a posição e a direção de peças importantes, como o estator e o rotor, e compensar quaisquer erros cometidos durante a montagem. Ao mesmo tempo, sensores integrados de controle de força são instalados na extremidade para monitorar mudanças de força e torque em tempo real em diversas direções, tornando possível a “inserção flexível”. Por exemplo, uma empresa emprega tecnologia de controle de força para evitar que o conjunto do motor e a força de pressão mudem em mais de ± 5N, o que evita a quebra dos rolamentos.
Feedback em circuito fechado e capacidade de rastrear dados
Coleta de dados sobre pressão, deslocamento, torque e outros fatores em tempo real durante o processo de montagem e comparação com a janela de processo pré-determinada. O sistema disparará automaticamente um alarme ou tomará medidas se algo der errado. Por exemplo, uma empresa faz registros separados do processo de montagem para cada motor de robô humanóide, fornece controle estatístico de processo (SPC) e rastreabilidade de qualidade e torna a consistência do lote melhor que 99,9%.
5. Casos e tendências do setor pelos quais esperar
Campo da aeroespacial
A GE Aviation emprega tecnologia SLM para imprimir bicos de combustível para motores LEAP. Combina 20 peças em uma, tornando-o 25% mais leve e durando 5 vezes mais. Graças ao controle combinado de otimização dos parâmetros de impressão e usinagem de precisão CNC, sua precisão de montagem é de ± 0,01 mm.
Campo de implantes médicos
A Johnson&Johnson DePuy Synthes usa copos acetabulares de liga de titânio impressos em 3D para manter a superfície lisa abaixo de Ra0,8 μm usando polimento eletrolítico. Isto, juntamente com um design estrutural poroso, acelera o desenvolvimento ósseo em 40%.