Como evitar a deformação por usinagem de peças metálicas impressas em 3D?

一, Fase de projeto: Otimização de topologia usando simulação de tensão
1. Simulando a distribuição de tensões e reconstruindo a estrutura
Uma empresa que fabrica pás de turbinas para a indústria aeroespacial usou o software Simufact Additive para executar uma simulação de acoplamento térmico-mecânico. Eles observaram que projetos típicos apresentam concentração de tensão na zona de transição da raiz da lâmina. Alterar a transição de ângulo reto para uma transição de canto arredondado com raio de 5 mm e preencher a área que não suporta tensão com uma estrutura treliçada reduziu o pico de tensão de 420 MPa para 280 MPa e a deformação de impressão em 62%. Este cenário mostra que a otimização da topologia baseada em simulação pode encontrar pontos de alta-tensão antecipadamente e fazer a distribuição de tensão mesmo alterando a estrutura.
2. Projeto inteligente de estruturas que sustentam
Fórmulas empíricas são usadas no design de suporte tradicional, o que pode facilmente causar o acúmulo de calor em uma área. O software VoxelDance Engineering da Manga Technology usa tecnologia de compensação de deformação por digitalização para criar automaticamente estruturas de suporte que se adaptam aos formatos das peças. Este método melhora a densidade da distribuição do suporte durante a impressão de alças articulares artificiais em uma empresa de dispositivos médicos. Ele reduz a profundidade do dano superficial causado pela remoção do suporte após a sinterização de 0,3 mm para 0,05 mm e reduz a quantidade de material de suporte necessário em 30%.
3. Construindo um modelo para compensação de pré-deformação
Para corpos de válvulas hidráulicas de aviação que precisam ter precisão de ± 0,02 mm, a Platinum Technology Company usa um processo de circuito fechado-chamado "compensação de digitalização de impressão". Nesse processo, o modelo original é impresso em aço inoxidável 316L e o scanner 3D ATOS Triple Scan obtém os dados reais de deformação. Esses dados são então usados ​​para criar um modelo de pré{6}}deformação reversa no software Magics. Após duas rodadas de correção, a tolerância dimensional essencial das peças passou de ± 0,15 mm para ± 0,03 mm, que é o que os padrões da aviação precisam.
2,Estágio do processo: Controle colaborativo de vários parâmetros
1. Alterando as configurações do laser em tempo real
O equipamento Huashu High Tech FS200M alterou dinamicamente a potência do laser e a velocidade de digitalização durante a impressão da câmara de combustão de um determinado motor, monitorando o campo de temperatura da poça fundida em tempo real. Na área de espessura de parede de 3mm foi utilizado o parâmetro 800W/1200mm/s, e na área de espessura de parede de 0,8mm foi utilizado o parâmetro 600W/800mm/s. Esse ajuste de parâmetro de partição reduz a entrada de calor em seções-de paredes finas em 40% e a tensão residual em 55%. Ele também corrige o problema de deformação de sinterização na estrutura cantilever de 0,5 mm.
2. Melhorar o procedimento de aplicação do pó
O equipamento EOS M 400-4 utiliza tecnologia de espalhamento de pó adaptativo para lidar com o efeito da espessura da camada de pó na deformação. Ele mantém a espessura da camada em 40 μm na região de suporte e a altera dinamicamente para 25 μm na área de superfície-de forma livre. Os dados de teste demonstram que esta abordagem reduz o desalinhamento entre camadas de peças de paredes finas de 0,12 mm para 0,03 mm e aumenta o valor Ra da rugosidade da superfície de 12,5 μm para 6,3 μm.
3. Controle da atmosfera via gás inerte
O dispositivo Platinum BLT-S800 mantém os níveis de ar e umidade muito baixos (menos de 10% de umidade relativa e 50 ppm) durante a impressão de implantes ortopédicos de liga de titânio. Isso é feito usando um sistema de controle-de circuito fechado. Experimentos que comparam diferentes ambientes mostraram que este pode diminuir a taxa de oxidação do pó de 0,8% para 0,15%. Isso resolve o problema das películas de óxido que dificultam a conexão das camadas e torna as peças 18% mais resistentes.
3,O estágio de pós{1}}processamento é quando os defeitos são corrigidos e o desempenho é melhorado.
1. Tratamento de densificação por prensagem isostática a quente (HIP)
Uma empresa específica de motores de aviação empregou equipamento de prensagem isostática a quente QIH-15L para trabalhar em peças de liga de alta temperatura Inconel 718. Manter as peças a 1200 graus/150MPa por 4 horas tornou-as mais densas (de 99,2% para 99,98%) e menos porosas (de 0,3% para 0,002%). A vida útil à fadiga das peças processadas é três vezes maior e as falhas de microfissuras que se formaram durante o processo de sinterização desapareceram completamente.
2. Processo de tratamento térmico gradiente
Para corpos de válvulas hidráulicas de aço inoxidável 316L, faça um processo de tratamento térmico de três{1}}etapas: recozimento de alívio de tensão a 550 graus por 2 horas, tratamento de solução a 1.050 graus por 1 hora e tratamento de envelhecimento a 480 graus por 4 horas. Este procedimento torna as peças mais duras, passando de 180HV para 280HV, e diminui a tensão residual, passando de 320MPa para 80MPa. Isso corrige o problema de recuperação dimensional após a usinagem.
3. Tecnologia para remoção de suporte inteligente
No equipamento DMG MORI LASERTEC 65 3D, um centro de usinagem articulado de cinco eixos é utilizado para remoção do suporte: a força de corte é monitorada em tempo real através do sistema Force Control e a taxa de avanço é ajustada automaticamente. Testes demonstraram que esta tecnologia torna 40% mais fácil a remoção do suporte e mantém a profundidade do dano superficial em 0,02 mm, que é o que as peças de aviação precisam para permanecerem intactas.