יצירת חלקי הנדסה מודפסים של Durable Fdm עבור מכונות כבדות

מדוע FDM Durability Matters in Heavy Machinery

מכונות כבדות פועלות בחלק מהסביבות המענישות ביותר שניתן להעלות על הדעת.מאגרפים, משאיות כרייה, ציוד חקלאי, ועיתונות תעשייתית סובלים מתרטט קבוע, עומסי השפעה, אבק חודרי טמפרטורה קיצוניים, וחשיפה לנוזלים הידראוליים ומצילים.במשך עשרות שנים, חלקי חילוף עבור ציוד זה נועדו או מצופים ממתכת או לחכות שבועות ליהוק.

עם זאת, ההבדל בין חלק שאינו לאחר שמונה שעות, לבין אחד ששרד שמונה אלפי שעות מגיע להחלטות הנדסיות מכוונת בכל שלב של זרימת העבודה המודפסת.הפחתת חלקי FDM יציבים עבור מכונות כבדות דורש שליטה במדע החומר, אופטימיזציה תהליכים, עיצוב לייצור תוספים (DFAM), ופוסט-מעבדה מאמר זה מספק מסגרת מקיפה להשגת עמידות בייצור עם טכנולוגיית FDM.

בחירה מתקדמת למטענים תעשייתיים

שוק ה-Filament התרחב הרבה מעבר ל-PLA ו- ABS.עבור יישומים כבדים, הברירה החומרית חייבת לאזן כוח מכני, התנגדות תרמית, תאימות כימית, ועלויות לחלק.

הנדסה מתקדמת גבוהה הנדסת הנדסה פילמנט

(FLT:0)Polycarbonate (PC)FLT:1 נשאר ציון של התנגדות השפעה וירידה חום השתקפות.עם טמפרטורת מעבר זכוכית סביב 147°C, PC שומר שלמות מבנית תחת מכסה המנוע וקווי הידראוליים חמים. חוזקו רב-קרקעי (60-70 MPa) מתקרב כי של כמה סגסוגת אלומיניום כאשר מודפס עם פרמטרים אופטימליים.

(FLT:0)Carbonfi Reinforced ניילוןFigal 1 , מורכב מציעים יחס נוקשה יוצא דופן במשקל.ה סיבי פחמן קצוצים להגדיל את המודולוס לסביבות 6-8 GPa תוך צמצום המצטח תחת עומס קבוע.חומר זה מצטיין עבור מברשות מבניות, נוגדנים זרוע רובוטיים, ומעביר רכיבים.

(FLT:0)Polyetherimide (PEI / ULTEM) 1FLT מייצג את השכבה העליונה של FDM-capable thermoplastics. עם חום השתקפות השתקפות מעל 200 מעלות צלזיוס וחידוש הלהבה הטבוע, PEI מוגדר עבור דונם בסגנון אוויר, קומפלקסים חשמליים, וחלקים ליד מערכות ממצה.

(FLT:0)Polypropylene (PP)FIRLT:1 משקיף לעתים קרובות על חלקים מבניים, אבל ההתנגדות העייפות שלה וחוסר המולד הכימיה להפוך אותו יקר עבור מתפתלי חיים, התאמות מיכל, ומחסני סוללות. New זכוכית מלאה פורמולציה PP לשפר את הנוקשות תוך שמירה על החומר ’ התנגדות כימית מצוינת לחומצות ופתרוןs.

שולחן השוואת נכסים

בעת בחירת חומר, מהנדסים צריכים להתייעץ עם גליונות נתונים שפורסמו ולבצע את האימות שלהם.עשרים כוח לבד לא לחזות ביצועים תחת טעינה מחזורית, השפעה או מצמרר.עבור מכונות כבדות, עדיפות:

• (ב) [15] ,9) ,5 ,9, ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) 0 (HDT) ב-1.8 MPaFLT:1 מעל סביבת ההפעלה הטמפרטורה שיא בתוספת 20 מעלות צלזיוס שולי
• (ב) [15] ,5 ,5 ,5 ,5 ,5 ,5 ,5 , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אופטימיזציה של הדפסה פרדוקסים עבור אינטגרity מכנית

אפילו ה filament הטובה ביותר תפיק חלק חלש אם פרמטרים מודפסים אינם מעודכנים בדבקות בין-שכבות והפחתה של טיפת טיפת טיפת טיפת טיפת טיפת טיפת טיפת רִיק.

גובה שכבתי ו Adhesion

שכבות דקנר מגבירות את מספר האג"ח בין-שכבות לרמה יחידה, שיפור העוצמה לאורך Z-Axis. עבור חלקים מבניים, השתמש בגובה שכבתי של 0.15 מ"מ ל-0.0 מ"מ עם 0.4 מ"מ הנפיל ל-0.0 מ"מ משפר את פני השטח אך עשוי להפחית את הפרודוקטיביות.

אדריכלות: Beyond Density

(הגדלה של צפיפות הזרע מעל 50% היא עצה סטנדרטית, אך דפוס infill משנה כמה שיותר.(FLT:0)Gyroid infillveFLT:1 מספק כוח איזוטרופי בכל הכיוונים ומטפלים בעומסים חמורים.

ניהול טמפרטורה

הטמפרטורה Nozzle צריכה להיות בקצה העליון של היצרן ’ טווח מומלץ לקדם דיפוזיה שרשרת פולימרנית על פני שכבות.טמפרטורת Bed חייב להיות גבוה מספיק כדי למנוע ניתוק הראשון אבל לא כל כך גבוה כדי לגרום גבישים כי גורם פחת. פרמטרים המשקיף ביותר הוא FLT:0chamber טמפרטורה 1FLT חומרים כמו ניילון, ו- PEI לשקול טמפרטורה פנימית, 000 מעל טמפרטורות אחד, 000.

מהירות הדפסה וסאונד

מהירויות הדפסה איטיות יותר, בדרך כלל 30-50 מ"מ / חומרים מבניים, מאפשרות יותר זמן עבור שכבת חיבור.חלק מעריצים קירור צריך לשמש באופן עסיסי: עבור PEI ו- PC, מינימום או לא קירור מעריצים משפר את הדבקות בין-שכבתית.עבור תרכובות מבוסס PLA, קירור מעריצים מתון למנוע עיוות.

עיצוב של ניהול אדקטיבית (DFAM) עקרונות

עיצוב חלק שהיה מכונה במקור או לוהק ומצפה לו לבצע אותו זהה ב FDM הוא מתכון לכישלון. ייצור אדקטי דורש אסטרטגיות גאומטריות שונות.

ניהול Anisotropy

חלקי FDM חלשים ביותר בתחקיקת Z (בין שכבות) עיצוב כך שתוואי העומס העיקרי פועל במקביל לצלחת הבנייה.אם התנסויות חרטה מתוח אנכיות, מהדהדות אותו על הצלחת הבנייה או להוסיף תכונות אשר מעבירות עומס לכיוונים X-Y חזקים יותר.כאשר Z-loading הוא בלתי נמנע, להגדיל את מספר ה- perimeters (קירות) ל-4-6 ולא להסתמך רק על .

ריכוז מתח - Mitigation

שארפ הפנימיות פועלות כאתרי סדקים, במיוחד תחת עומס מחזורי.(FLT:0) ,Fillets עם רדיוי של לפחות 2 מ"מדומיםFLT:1 להפחית את גורמי ריכוז הלחץ באופן משמעותי.עבור חלקים שינסו רטט, לשלב צלעות וגסטים בנקודות המצורפות העומס.תכונות אלה מוסיפים נוקשות ללא שימוש בחומרים או זמן הדפסה.

שילוב של שירותים ו- Fasteners

(הופנה מהדף פלסטיק הם לעתים רחוקות עמידים מספיק עבור הרכבה ובאופן חוזר במכונות כבדות.במקום, כיסים עיצוב עבור FLT:0bras חום-set adds FLT:1 או אגוזים שבויה.כי הכיס צריך עובי קיר סביב 2-3 פעמים קוטר הכניסה כדי למנוע סדקים במהלך הכנס.

אסטרטגיית מבנה

תמיכה משאירה מגוחות פני השטח נקודות פוטנציאליות חלשות.עיצוב מעל 45 מעלות מ אנכית כדי לאפשר גשרים תומכים עצמית. שבו תמיכה הם חיוניים, להשתמש בחומרי תמיכה בשפע (כגון PVA או HIPS) כדי למנוע נזק מכני במהלך הסרת.עבור פריצה תומך, לתכנן פער קטן בין ממשק התמיכה לבין פני השטח, ולהשתמש בכלי מגרה עבור הפרדה נקייה.

תוצאות עבור הפקה-Level Durability

עיבוד פוסט הופך חלק מודפס מ- אב-טיפוס לדרגה הייצור.הטכניקות הבאות הוכחו להאריך את חיי השירות בסביבות תעשייתיות.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

אנליז מקל על לחצים פנימיים ומשפר את הקריסטליניות בחומרים חצי-קריסטליים כמו ניילון ופוליפרופילן.עבור ניילון, מחמם את החלק ל-130-150 מעלות צלזיוס למשך 2-4 שעות בתנור מבוקר, ואז קריר לאט יותר מ- 2-3 שעות.זה יכול להגדיל את העוצמה העפילית ב-20-30% ולשפר את טמפרטורת הפחתת החום.

שיבוש וחדירה

(ב) לחלקי FDM יש ריקנות מיקרוסקופית בין שכבות לכבישים:0 (Low-viscosity cyanoacrylate (CA) דבקים 1:1 wick לתוך הפערים האלה, ויכול להגביר את העוצמה של עשרות עד 40% או יותר. החל CA אל פני השטח ותאפשר הפעלת capillary כדי למשוך אותו; יישומים מרובים מניבים תשואה.

Vapor Smoothing

עבור ABS ותערובת שלה, חשיפה לאסון vapor נמס שכבות משטח וממזג אותם לתוך מעטפת רציפה.זה מבטל את קווי השכבה שפועלים כמגדלי מתח ויוצר משטח חלק, הידרופובי שמתנגד להתקפה כימית. Vapor חלקה גם משפר את חיי העייפות כי סדק ממשטח לא מופחת.

עקבו אחרי feat.

עבור חלקים שנחשפו ל-Ubersive ore, חיפוי קונקרטי, או טיפול מתמשך, ליישם ציפוי בעל אחריות על ידי חבישת:0 2 חלקים ציפוי פוליאורתטן חלק 1 לספק התנגדות רעד מעולה ויציבות UV. ציפוי ניקל אלקטרוless ניתן ליישם על חלקי FDM לאחר שכבת צבע התנהגותית, הוספת משטח מתכתי לחבוש הגנה ESD הוא כלי משותף או הגנה מפנים.

פרוטוקולי איכות ובדיקה

חלקים קלים דורשים יותר עיצוב טוב; הם דורשים אימות. ליישם את השלבים הבאים בדיקות ופיקוח עבור רכיבים מכונות כבדות.

הערכה של מימד

לאחר הדפסה ותהליכים שלאחר עיבוד, למדוד תכונות קריטיות עם calipers או קואורדינט מדידה מכונה (CMM) חלקי FDM יכולים לכווץ או להילחם ללא תנאי.לייסד FLT:0-article First-article-article בדיקה FLT:1 תהליך המשווה את החלק למודל ה-CAD עם להקות.עבור משטחים ובריכים, סובלנות של ±0.2 מ"מ-יכולה עבור .

בדיקות מכניות

בדיקה הרסנית של קופונים מדגם מודפס לצד חלקי ייצור מספק אמון בתכונות החומריות.דפס ASTM D638 ברים ודגימות מזחלות באמצעות אותו קוד ו- filament אצווה כחלק בפועל.מבחן בטמפרטורות הפעלה טווחים.אם החלקים יחוו טעינה חוזרת, להפעיל בדיקת FLT:0fatigue TestF:1LT כדי למצוא את ה-Valreperaperationald; זה הוא לפחות 1 מיליון מתחת למחזור.

בדיקה סביבתית

דגימות מבחן תת-תזונה בנוזל הידראולי, דיזל או קירור בשימוש במכונות במשך 500 שעות בטמפרטורה הפעלה.מד שינוי המוני, נפיחות ואובדן של תכונות מכניות. הנדסת פלסטיק רבים סופגים לחות ופלסטיק, צמצום הנוקשות.

יישומים אמיתיים ומקריות

כיסויים חד-משמעיים Manifold

יצרנית ציוד כרייה החליפה כיסויי אלומיניום עבור מאניפל הידראולי עם CF-Nylon 3D-printed גרסאות. כיסוי מודפס שקל 60% פחות, העברת רטט מופחת, ועם לחץ מוגדל על עד 350 בר.המפתח השתמש במגואיד ב-55 ופגז 6 מטר, בתוספת קצב חום עבור הברגים.

קונדור רולר אינדלר Brackets

בקו המעביר של תנועת המזון, חליפת פלדה הוחלפה ב- PEI (ULTEM) ב- PEI (Gates) ב- PEI ( PEI) חלקים PEI התנגדו ל-180 מעלות צלזיוס וסוכני ניקוי חומציים.העיצוב שילב אולמות נדיבים בפינות החבט ורדיוס 2 מ"מ בכל החורים.Annaling ב -200 מעלות צלזיוס למשך 3 שעות שיפר את HDT כדי להתאים את הטמפרטורה לאחור.

קבר קערה הרים

ציוד בנייה מחדש השתמש TPU (פוליאורטן אטומי) מודפס grommets כדי לבודד את הרטטים של קנונית.הגביממות דרש קשיחות חוף של 85A והתנגדות ל- דיזל fumes. על ידי הדפסה עם גובה של 0.6 מ"מ ו-0 מ"מ גובה שכבת השכבה, ה- grommets השיג את ההתנגדות הנדרשת להגדיר. Post-מעבד כלולים 24 שעות מנוחה כדי לאפשר רגיעה מלאה לפני ההתקנה של גומי.

ניתוח עלויות-Benefit עבור חלקים כבדים של מכונות

אימוץ FDM עבור חלקים עמידים חייב להיות הגיוני מבחינה פיננסית. להלן הם גורמים לשקול בהחלטה של רכישה או רכישה.

• (FLT:0) Inventory נושאת עלות: FLT:1 , מחיקת ליהוקים או חלקי מכונה במשך עשרות שנים יקר. FDM מאפשר מלאי דיגיטלי & mdash; הדפסה על הביקוש וחיסול החלל.
• ערך הזמן של FLT:0 (Lead Time Values: FLT:1 A מכונה שעולה $5,000 $ לשעה בייצור אבוד.דפסת חליפת חלופית ב 12 שעות לעומת המתנה 8 שבועות עבור הליהוק יכול להצדיק את העלות של פרמיה לכל חלק.
• (FLT:0) עלות כספית לחלק: FLT1 הנדסה filaments נע בין 60 / ק"ג $ (CF-Nylon) ל $ 350 / ק"ג (PEI) בהשוואה לזה בעלות החומרית של אלומיניום או פלדה בתוספת זמן מאצ'ינג. עבור ג'ממות מורכבות, FDM זוכה לעתים קרובות עלות כוללת אפילו ב כרכים נמוכים יותר.
• (FLT:0) Tooling חיסול:FLT:1 No הזרקת עובש או דפוס הליהוק פירושו אפס עלייה של ההשקעה כלי רכב.עבור ריצות של 1 עד 100 חלקים, FDM הוא בדרך כלל האפשרות הזולה ביותר.

Best Practices summary for Production-Grade FDM Parts

1. חומר נבחר על בסיס טמפרטורה הפעלה, חשיפה כימית, דרישות השפעה & mdash; לא רק כוח רב.
2. הדפסה עם 4-6 perimeters ו צפיפות infill מעל 50% באמצעות גליקואיד או תבניות מתואמים.
3. טמפרטורת תאי בקרה מעל 70 מעלות צלזיוס לחומרים בעלי ביצועים גבוהים.
4. עיצוב עם מילויים, צלעות, ורדיוני נדיב כדי להפחית ריכוזי מתח.
5. השתמש ב-חום-set adds או אגוזים שבויה לחיבורים משוריינים.
6. אנליז לחומרים חצי-קריסטלליין; CA או epoxy Impregnation עבור נפיחות פורוזיות.
7. בדיקת קופונים בתנאי הפעלה בפועל, לא רק טמפרטורה בחדר.
8. פרמטרים הדפסה של מסמך, מספרים חומריים ומספרים שלאחר עיבוד של מעקב.

מסקנה

יצירת חלקים מתוחזקים של FDM עבור מכונות כבדות כבר לא תרגיל תיאורטי.התקדמות במדע החומרי, חומרת המדפסת, ובקרת תהליכים איפשרה לייצר רכיבים ששרדו וביצועים בסביבות תעשייתיות אגרסיביות ביותר.הצלחה תלויה בטיפול בכל משתנה ו mdash; החל מבחירת fila ופרמטרים הדפסה ל אוריינטציה חלקית ופוסט-מעבדים ו-mash; כבחירה מכוונת יותר מאשר ברירת מחדל.

מהנדסים שמשקיעים הבנה של ההתנהגות המכנית של תרמופלסטיקה מודפסת, אשר בודקים בקפדנות, ומי ליישם עקרונות DFAM באופן עקבי ימצאו כי FDM הופך כלי ייצור אמין ולא חידושים פרוטוטיים.השלם מופחת בזמן, עלויות מלאי נמוכות יותר, ואת היכולת לעשות זאת כדי לשפר את חלקי ההנדסה באופן מתמיד על החיים של המכונות.