Como combinar impressão 3D de metal e usinagem CNC da maneira mais razoável?

一, Complementaridade tecnológica: uma mudança lógica de “oposição” para “simbiose”
A impressão 3D de metal (usando a tecnologia SLM/DMLS como exemplo) usa um laser para derreter o pó metálico camada por camada, tornando possível construir estruturas internas complicadas de uma só vez. Seus principais benefícios são:
Avanço em graus de liberdade estruturais: capaz de criar estruturas treliçadas, canais de resfriamento conformados, superfícies irregulares e outras coisas que as máquinas CNC típicas não conseguem. Por exemplo, um determinado corpo de válvula hidráulica obtém circuitos de óleo escalonados por meio de impressão 3D, o que torna o canal de fluxo 300% mais complicado. A usinagem CNC precisa de muitos grampos e é difícil garantir a vedação.
A fabricação aditiva não desperdiça nenhum material e a taxa de utilização do material pode estar acima de 90%, o que é muito maior do que a taxa de 50% a 70% para usinagem CNC.
A capacidade de iterar rapidamente: Depois de alterar o modelo digital, ele pode ser impresso imediatamente sem precisar ser remodelado. Isso reduziu o tempo necessário para desenvolver novos produtos de meses para dias.
Mas a precisão inicial (± 0,04 mm) e a rugosidade da superfície (Ra12,5 μm) da impressão 3D dificultam o atendimento às necessidades de montagem de alta-precisão. É aí que a usinagem CNC se torna muito importante:
Correção de tamanho: Para compensar a deformação por encolhimento durante a impressão, você deve fresar a superfície da guia da máquina-ferramenta com uma precisão de ± 0,02 mm.
Acabamento de superfície: o fresamento de precisão aumenta a rugosidade da superfície de Ra12,5 μm no estado-fundido para Ra1,6 μm, e o polimento espelhado pode até aumentá-la para Ra0,2 μm.
Usinagem com recursos principais: O CNC é ótimo para fazer todos os tipos de usinagem local, como fazer faces finais com alta precisão e furos roscados com alta precisão.
2. Um caso de uso comum é quando você precisa atender a requisitos complicados de estrutura e precisão.
1. No negócio aeroespacial, é preciso haver um equilíbrio entre ser leve e poder carregar muito peso.
Uma empresa aeroespacial usa o método "impressão 3D + CNC" para fabricar câmaras de combustão de motores:
Processo de impressão 3D: impressão de formas complicadas com canais de resfriamento conformados em Inconel 718, uma liga de-alta{3}}temperatura à base de níquel. Isso torna as estruturas 35% mais leves e capazes de suportar temperaturas de até 1.200 graus.
Processo CNC: usinagem ultra-precisa da superfície de vedação até um nivelamento de 0,01 mm para garantir que funcione bem em situações de alta-pressão.
Verificação do efeito: O ciclo de produção é 60% mais curto do que com métodos padrão de fundição e soldagem, e a vida à fadiga é duas vezes maior.
2. Implantes médicos: uma mistura de personalização e biocompatibilidade
Como são feitos os implantes ortopédicos de liga de titânio:
Impressão 3D: Usando dados de tomografia computadorizada do paciente, imprima uma haste femoral porosa com porosidade de 60% a 80% e tamanho de poro de 200 a 500 μm. Isto irá imitar a forma das trabéculas ósseas naturais.
Usinagem CNC: fresamento preciso da superfície cônica que toca a cavidade da medula óssea para garantir que atenda ao nível de tolerância H7 e obtenha fixação biológica.
Tratamento de superfície: O jato de areia e a anodização tornam a superfície mais áspera, o que ajuda as células ósseas a aderirem a ela.
3. Moldes industriais: um bom equilíbrio entre canais de fluxo complicados e bom resfriamento
Uma determinada empresa de moldes utiliza uma solução de fabricação combinada:
A impressão 3D cria um núcleo de molde com três camadas de canais de resfriamento internos ao mesmo tempo. Isso torna o resfriamento 30% mais eficaz e resolve o problema de vazamentos que ocorre com a emenda de bloco padrão.
Usinagem CNC: polir a superfície de partição até Ra0,4 μm para facilitar a remoção de peças plásticas.
Comparação de custos: O custo por peça caiu 42% e não há necessidade de se preocupar com resíduos de molde devido a distorções de soldagem.
3, Caminho de integração de processos: melhorando todo o processo, desde o design até o pós{1}}processamento
1. Fase de projeto: Otimizar a topologia dependendo dos limites do processo de fabricação.
DFAM (Design for Additive Manufacturing): Usando um método de geração de estrutura de treliça para reduzir o peso pela metade, mantendo a resistência.
Margem de usinagem reservada: Reserve 0,3–0,5 mm para elementos que precisam de acabamento CNC, como superfícies de montagem e posicionamentos de furos. Isso evitará que os padrões da camada de impressão influenciem a precisão.
Otimização da estrutura de suporte: Use a análise de simulação para reduzir a quantidade de suporte e ao mesmo tempo garantir que as ferramentas CNC ainda sejam de fácil acesso. Por exemplo, o suporte para um determinado suporte de aviação é colocado na superfície não{1}}usinada, o que reduz o tempo de usinagem CNC em 30%.
2. Estágio de impressão: trabalhar em conjunto para regular as configurações e fazer o pós-processamento
Choose spherical powder (flowability>30s/50g) para distribuir o pó de maneira mais uniforme e diminuir a porosidade para menos de 0,5%.
A técnica de tratamento térmico inclui recozimento de alívio de tensão a 650 graus por 2 horas e prensagem isostática a quente (HIP) para aumentar a densidade acima de 99,9%.
Controle de direção: Use o software Magics para encontrar o melhor ângulo para colocar os elementos para reduzir a quantidade de suporte necessária para pendurar construções.
3. O estágio de usinagem CNC: articulação de cinco{1}}eixos e compensação inteligente
Centro de usinagem de cinco{0}}eixos: o sistema Siemens 840D é usado para fixar e usinar superfícies complexas de uma só vez, o que evita erros de posicionamento.
Tecnologia de gêmeo digital: usando simulação Vericut para prever como a usinagem mudará e fazer ajustes no modelo com antecedência. Por exemplo, a simulação melhorou a precisão do contorno de uma determinada pá de turbina de ± 0,05 mm para ± 0,02 mm.
Na inspeção de máquinas: Use os apalpadores Renishaw para monitorar as dimensões da usinagem em tempo real e corrigir erros que ocorrem devido ao desgaste da ferramenta.
4. Etapa do tratamento de superfície: aliando funcionalização e ornamentação
Tratamento de jato de areia: Use esferas de vidro de malha 120 para tornar a rugosidade da superfície Ra3,2 μm para ajudar o revestimento a aderir melhor.
Oxidação por microarco: Faça um revestimento cerâmico de 10 μm de espessura na superfície da liga de titânio. O filme tem dureza 1000HV e é cinco vezes mais resistente ao desgaste.
Revestimento PVD: A aplicação de um revestimento TiN torna a superfície mais dura (2200HV) e confere-lhe um aspecto dourado.