כיצד למזער את המחיקה וההפצה במהלך עיבוד פוסט של חלק גדול של אמא

הבנה של Warping and Distortion in Large Additive Manufacturing Parts

בייצור תוספים (AM), חלקים גדולים - אלה מעלים כמה מאות מ"מ לפחות ממד אחד - מייצגים אתגרים ייחודיים לאחר עיבוד. Warping, המוגדרים כסטיה מהחטומה או הייבוש המיועד, ועיוות, שינוי רחב יותר בגיאומטריה, הם בין החלקים הנפוצים והיקרים ביותר.תופעות אלה נובעות מן הפיזיקה של שכבת שכבה-על-ידי שכבה: כל שכבה חדשה מווספת, קרירה וחוזים, וגורמים מורכבים במיוחד, כאשר הירכיים מורכבות, הן יכולות לעמוד מול המידות.

עבור יצרנים שמטרתם לייצר חלקים גדולים של AM עבור אוויר, רכב, כלי, או יישומי אנרגיה, אפילו דפי מלחמה קטנים יכול להוביל לדחייה, עבודה מחדש, או כישלון בשירות.זה הופך הבנה והפחתה במהלך עיבוד מיומנויות קריטיות. בעוד אסטרטגיות רבות מוחלות במהלך שלב ההדפסה, לאחר עיבוד - כולל תמיכה, מאצ'ינג, מאצ'ין, ועיוותים בזמן שלאחר עיבוד עמוק של טכניקות אלה, לעתים קרובות לתוך חומרת פעילות גופנית, ומניעה, ומניעה של חומרים אלה.

הסיבות השורשיות של מלחמה והתנתקות

כדי למזער את הייבוש, יש להבין תחילה את הנהגים שלה.הסיבה העיקרית היא (FLT:0thermal התכווצות FLT:1 במהלך קירור. AM, החומר מופקד במצב מלוטש או חצי-מלוט על תת-קרקעי קריר יותר או שכבת לפני. כמו שכבה חדשה מוצקה של מתחים וקורים, הוא מתכווץ.

(ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

טכניקות מדידה ריבונית כגון diffraction של נייטרון, קידוח חור, או שיטת contour משמשים לעתים קרובות לכמת לחצים בחלקים גדולים AM. נתונים אלה מסייעים למהנדסים לאמת סימולציות ופרמטרי תהליך הזזבים. A נייר יסוד על ידי FLT:0 [Mukherjee et al. (2019)FLT:1 מספק סקירה מקיפה של עיוותים ומודלים בייצור מתכת, המציע תובנות למשולתולתולתולתול בפיזיקה.

אסטרטגיות טרום-קידום: עיצוב בקרת משמעת

המאבק נגד רינג מתחיל זמן רב לפני שהשכבה הראשונה מופקדת:0 (עיצוב) לייצור תוספת (DFAM)FLT:1 חייב לקחת בחשבון את ההתנהגות התרמית והמכנית.

(FLT:0Part אוריינטציה:BuildFLT:1) Aligning תכונות ארוכות, דקות או בזווית יכול להפחית את מספר השכבות overhung, אבל יכול גם ליצור ⁇ תרמי גדול.
(ב) ⁇ :0) ,האופטימיזציה של מבנה ה-FLT:1hil תומך עושה יותר מאשר להחזיק יתר על פני השטח; הם פועלים כמו כיור חום ומגבלות מכניות. עבור חלקים גדולים, ניתן לתכנן עם תבניות לקטייה או לשבור טיפים כדי להפחית את אזור מגע תוך מתן קשיחות.
(FLT:0Wall עובי ואיזון תכונה: FLT:1 להימנע מעברים פתאומיים מסעיפים עבים עד דקים. השתמש בממלאים ומעברים מרוקנים כדי להשוות את שיעורי הקירור.
(FLT:0) שילוב תכונות לחץ-relief:BuildFLT:1) עיצוב כרטיסיות הקרביות, גשרים, או תכונות תאימות שניתן להסיר מאוחר יותר מאפשר את החלק כדי להכיל כוחות התכווצות ללא עיוות קבוע.

כלי הנדסה ממוחשבת (CAE) אשר מדמיינים את כל הבנייה ואת רצף לאחר עיבוד משמשים יותר ויותר לחזות מחיקה.הכלים האלה קלט תכונות חומריות, בניית פרמטרים, ותמיכה בתכנון לפלט הגיאומטריה מבוזרת. יצרנים יכולים אז לשנות את המודל המקורי של ה-CAD עם הדגמה מוקדמת, כך החלק המעוותת מסתיים בסובלנות.

בקרה על In-Process Control במהלך הדפסה

בעוד שלאחר עיבוד הוא המיקוד, החלטות שהתקבלו במהלך הדפסה השפעה ישירה על עיוות לאחר תהליכים. עבור חלקים גדולים, לשקול:

בניית לוח Preהתחממות

חימום צלחת הבנייה לטמפרטורה ליד המעבר הזכוכית של החומר או טמפרטורת ההאטה התחתונה מפחית את ה ⁇ התרמית התרמית בין השכבות הראשונות לבין הצלחת.מערכות תעשייתיות רבות מציעות תאים מחוממים; עבור פולימרים, תא מחומם ב 80-150 מעלות צלזיוס יכול להפחית באופן משמעותי את המיזוג.עבור מתכות, אבקה טרום חימום מיטה הוא נפוץ.

זמן שכבתי ו- Interlayer Cool Time

בחלקים גדולים, פעמים ארוכות שכבתיות לגרום לשכבות שהופקדו בעבר להתקרר באופן מוגזם לפני השכבה הבאה, הגדלת הלחץ השוני.שימוש בפרמטר זמן מינימלי של שכבת זמן או הוספת חלקי "דם" כדי לכבוש את אזור הבנייה יכול לשמור על היסטוריה תרמית יותר אחידה.בכמה חומרים, המאפשרת אינטרשבה קצרה (למשל, 10-30 שניות) עוזר להפחית את הלחץ.

תבניות אינספירליות ודונות

עבור ייצור תוספי פולימר גדול (למשל, BAAM, LSAM), תבנית infill ממלא תפקיד. רשת או infill משולש יכול להפיץ לחץ יותר אפילו מאשר דפוס רפאטי ליצנטין.

פיקוח

מצלמות ומדני זנים המוצבים על הצלחת הבנייה או חלק יכולים לספק משוב בזמן אמת.אם רינג מזוהה מוקדם, פרמטרים ניתן להתאים (למשל, עלייה בטמפרטורת המיטה, צמצום שיעור הזנה) כדי להפחית אסטייה נוספת.תיקון בזמן אמת הוא אזור מחקר פעיל; ראה את הביקורת על ידי FLT:0Wang al. (2020)FLT:1 לקדמה לאחרונה ב ניטור ולשלוט.

טכניקות למניעת הריון ל-Minimize Warping

ברגע שהמבנה הושלם, עיבוד לאחר-השלב הוא חיוני.הצעדים הבאים יש לשלב בתוך זרימת עבודה מבוקרת.

ביקורת: Cooling in a Post-Processing Chamber

מיד לאחר הדפסה, החלק ובניית צלחת צריך להיות מותר להתקרר בסביבה מבוקרת.עבור פולימרים, לעזוב את החלק בחדר המחמם ולהגביר את הטמפרטורה ב 1-5 מעלות צלזיוס לדקה להפחית את ההלם התרמי.עבור מתכות, לאחר בנייה בקירבה או בכבש נפרד הוא סטנדרטי.המפתח הוא להימנע טיוטות או משטחים קרים שגורמים לשליטה לא פעילה באמצעות תא יכול להחזיק חלקים מכניים גדולים עד שהם יכולים להחזיק בטמפרטורה אחידה יציבה.

עזרה בלחץ

הקלה מתח היא הצעד היעיל ביותר לאחר עיבוד של צמצום מתחים שאריות.עבור חלקי מתכת, מחזור תרמי מתחת לטמפרטורת ההחזרה (בדרך כלל 500-700 מעלות צלזיוס עבור פלדה, 300-400 מעלות צלזיוס עבור סגסוגת אלומיניום) למשך 1-4 שעות, ואחריו קירור איטי, יכול להפחית את הלחץ על ידי עד 80%.

תמיכה ב-Minimal Force

חלקים גדולים לעתים קרובות יש תמיכה נרחבת.הסרה אגרסיבית - שימוש צ'יליות, פטישים, או סילון מים בלחץ גבוה - יכול להציג לחצים חדשים. במקום, להשתמש בשיטות לא מגע: מתכות, חוט EDM כדי לחתוך תמיכה; עבור פולימרים, לפזר תמיכה כל כךלולית או להשתמש compable כוח נמוך.אם הקלה בלחץ תרמי מתוכנן, יש לבצע לפני תמיכה כדי לאפשר לחץ שווה בעוד הוא עדיין מוגבל.

תיקון עבור Machining והשלמת

כאשר מצלמים חלקים גדולים של AM, כוחות הדגימה חייבים להיות מחולקים כדי להימנע מלהציג עיוות חדש. השתמש בלסתות רכות, ריק צ'אקים, או תיקונים מותאמים אישית התומכים את החלק במספר נקודות.עבור חלקים גדולים מאוד, לשקול מאצ'ינג בהגדרות מרובות, שינוי בין צעדי הקלה בלחץ.תיקון מעוצב היטב לא רק להחזיק את החלק באופן מאובטח, אלא גם לאפשר לו "להיר" טבעי ל" לתוך הלחץ הפגום, אלא גם ל- 5 מסובייקט.

פוסט-Process Hot Isostatic Pressing (HIP)

עבור רכיבי מתכת קריטיים, HIP מבטל את הנפיחות הפנימית ומפחית את הלחץ השוני בו זמנית. HIP בטמפרטורה גבוהה ולחץ איזווסטטי יכול לתקן עיוות קטן אבל הוא יקר ובדרך כלל שמור עבור אווירוקל או חלקי רפואי.זה לא תיקון עיוות ראשוני אבל יכול לעזור לחזק חומר ולספק צורה קרובה.

שיקולים חומריים-המוניים

סוגים שונים של חומרים AM מציגים התנהגויות שונות של רינג.

(FLT:0) פולימרים (PLA, ABS, ניילון, PEEK): ®Fishph:1 Semi-crystalline פולימרים כמו PEEK עוברים כווץ משמעותי במהלך התגבשות. קירור איטי ו annealing בטמפרטורות מדויקות הם קריטיים. amorphous פולימרים כמו ABS p עקב משככי כאבים עקב חסכוניים של התרחבות תרמית; חדר מתאים וסרטן בטמפרטורות הוא מטרד.
(FLT:0) סגסוגת אלמומיום (AlSi10Mg, Scalmalloy): veFLT:1 אלומיניום יש מוליכות תרמית גבוהה, אשר מפחית ⁇ תרמי אבל גם פירושו דיסipate חום במהירות, הגדלת הלחץ השוכן בחלקים עבים. סטרס הקלה ב 300 מעלות צלזיוס הוא נפוץ.
(FLT:0) ⁇ טיטניום (Ti-6Al-4Vir): כוח עליון 1:1 ו מוליכות תרמית נמוכה להוביל ⁇ s תרמיים תלולים ומתחים ימיים גבוהים. Post-Buildal שואבת מתח ריק ב 650-730 מעלות צלזיוס הוא סטנדרטי.יש לקחת כדי להימנע מזיהום חמצן - או, פרוסה ואקום מומלץ.
(FLT:0 ⁇ steel ⁇ s (316L, 17-4PH, H13): חלקי פלדה:1Freaph, במיוחד פלדה כלי, נוטים למתחי טרנספורמציה בשלב. מרטן טרנספורמציה ריתמית ב H13 במהלך קירור יכול לגרום עיוות משמעותי.

יצרנים חומריים מספקים גליונות נתונים עם פרמטרים של בנייה ומחזורי עיבוד לאחר.לדוגמה, (FLT:0EOS's Materials GuideveFLT:1) מציע לוחות זמנים ספציפיים לטיפול בחום עבור רבים של ⁇ ם.

אסטרטגיות מדידה והערכה

כדי לאשר כי פיזור ועיוות נמצאים תחת שליטה, יש לשלב את הבדיקה לתוך זרימת העבודה לאחר עיבוד.שיטות נפוצות כוללות:

(ב) ,0) לתאם מכונות מדידה (CMMIR): 1 עבור בדיקות בעלות דיוק גבוה על בטן קריטית.
(FLT:0) סריקות אור סטרידור או סריקת CT:03FLT:1 ניתוח סטיית שדה מלא מגלה במהירות אזורים משועבדים.זה שימושי במיוחד עבור חלקים גדולים שבהם מדידה ידנית היא לא מעשית.
(FLT:0) אינדיקטורים ומדדי זנים: FIRLT:1 פשוט אך יעיל עבור מעקב התנועה במהלך השלבים שלאחר עיבוד כגון טיפול להסרת או חום.

במדידת תהליכים במהלך עיבוד (למשל, לאחר נשימה ולפני סיום המבוך האחרון) מאפשר תיקון הרטיבי.אם רינג עולה על סובלנות, הקלה נוספת בלחץ או תיקון מחדש עשוי להיות נחוץ.

מקרה מחקר: הפחתה בשקע אווירי גדול

יצרן המייצר 600 מ"מ ארוך Ti-6Al-4V מטמון במנוע אווירול חווה 2.5 מ"מ של הפסקת אש לאחר הסרת תמיכה, הרבה מעבר ל-0.5 מ"מ סובלנות.

טרום-דהפורציה מבוססת סימבול: ה-CAD שונה עם מכבה של 1.8 מ"מ בכיוון ה- Warp.
מראש לבנות צלחת עד 200 מעלות צלזיוס והשתמשו הקלה של 4 שעות לחץ על 700 מעלות צלזיוס בוואקום לפני הסרת החלק מהסוללה.
תמיכה דמוי עץ מעוצב עם נקודות מגע אופטימיזציה כדי להפחית את התכה תרמית תוך שמירה על קשיחות.
השתמש בתיקון מותאם אישית עם 12 נקודות clamping מתכוונן במהלך המבוך הסופי, עם צעד הקלה בלחץ בין חתכים קשים וסיום.

גישה זו, המשלבת סימולציה, ניהול תרמי ואיפוק מכני, היא תקן הזהב עבור חלקים גדולים AM.

מסקנה

צמצום העיוותים וחלקי AM גדולים דורש תצוגה ברמת מערכות כי משתרעת על עיצוב, הדפסה, ופוסט-מעבדה.שום תיקון יחיד עובד עבור כל החומרים או הגיאוגרפיה; במקום זאת, ההצלחה מגיעה משילוב קירור מבוקר, תיקון הולם, הקלה בלחץ נשימה, עיצוב תמיכה זהיר, תוך הפעלת יישומים של אופטימיזציה והחלפת קבצים, תוך שמירה על שינוי עצמי ממשיך לשפר את יכולת החיזוי, בעוד חומרים חדשים ופוסט-מעבדים טכנולוגיות כגון אופטימיזציה של ציוד מיקרוגל, או שיפור אסטרטגיות טיפול מוקדם יותר.

לקריאה נוספת על הפחתת מתח חיוור בחלקים AM גדולים, להתייעץ עם העבודה על ידי ההרחבה:0Liu et al. (2021)FLT:1 על ההשפעה של טיפול חום לאחר עיבוד על עיוות בהגדרה אנרגיה מכוונת.