3D хэвлэх ашиглан металл боловсруулах хамгийн сүүлийн үеийн техник
3D металл хэвлэх (металл нэмэлт үйлдвэрлэл) технологийн ачаар үйлдвэрлэлийн салбар сүүлийн арван жилд мэдэгдэхүйц өсөлттэй хөгжсөн. Металл боловсруулалт нь нэгэн цагт цутгах, боловсруулах (CNC), дарах зэрэг уламжлалт процессуудтай ижил утгатай байсан бол сансар судлал, автомашин, эрчим хүч, анагаах ухаан гэх мэт янз бүрийн салбарууд одоо илүү хөнгөн, илүү төвөгтэй, илүү үр ашигтай эд анги үйлдвэрлэхийн тулд 3D хэвлэх техникт найдаж байна. Энэхүү технологи нь металл нунтаг эсвэл утсаар объектуудыг давхаргаар бүтээх боломжийг олгодог бөгөөд өмнө нь боломжгүй байсан загваруудыг өндөр нарийвчлалтайгаар үйлдвэрлэх боломжийг олгодог. Энэхүү нийтлэлд 3D хэвлэх аргыг ашиглан металл боловсруулах хамгийн сүүлийн үеийн техникүүдийг, арга, материалаас эхлээд хэрэглээний чиг хандлагыг авч үзэх болно.
1. Металл 3D хэвлэлийн хувьсал: Прототипээс олноор үйлдвэрлэх хүртэл
Эхний үед металл 3D хэвлэлтийг голчлон туршилтын загвар гаргахад ашигладаг байсан. Гэсэн хэдий ч машины чанар, процессын хяналт, салбарын стандартчилал сайжирсны ачаар олон компани жижиг, дунд хэмжээний үйлдвэрлэлд нэмэлт үйлдвэрлэл ашиглаж байна. Энэ нь орчин үеийн технологи нь уламжлалт процессын механик шинж чанартай, ялангуяа дулааны боловсруулалт, халуун изостатик шахалт (HIP) зэрэг боловсруулалтын дараах алхмуудын дараа уламжлалт процессынхтой ойролцоо, зарим тохиолдолд давсан эд ангиудыг үйлдвэрлэх боломжтой тул боломжтой юм.
Үүнээс гадна дизайны философи ч өөрчлөгдөж байна. Дизайнерууд одоо Нэмэлт Үйлдвэрлэлийн Дизайн (DfAM)-ийг нэвтрүүлж байгаа бөгөөд энэ нь 3D хэвлэлийн давуу талуудыг ашигладаг дизайны арга юм: хөнгөн бүтэц (тор), дотоод суваг, органик хэлбэр, олон эд ангийг нэг, нэгдсэн бүрэлдэхүүн хэсэг болгон нэгтгэх.
2. Хамгийн сүүлийн үеийн техник: Илүү нарийвчлалтай нунтаг давхаргын хайлш (PBF)
Хамгийн алдартай бөгөөд өсөн нэмэгдэж буй аргуудын нэг бол лазер эсвэл электрон цацраг ашиглан нунтаг ортой хайлуулах арга (PBF) юм.
a) Сонгомол лазер хайлуулах (SLM) / Лазер нунтаг давхаргын хайлуулалт (LPBF)
LPBF нь тавцан дээр нимгэн металл нунтаг түрхэж, дараа нь лазер нь тодорхой хэсгийг сканнердаж, нунтагыг хүссэн хэлбэрт хайлуулдаг. Хамгийн сүүлийн үеийн LPBF техникүүд нь дараахь зүйлд анхаарлаа хандуулдаг.
– Олон лазер систем, тухайлбал үйлдвэрлэлийн хурдыг нэмэгдүүлэхийн тулд хэд хэдэн лазерыг нэг дор ашиглах.
– Үйл явцын явцад согогийг илрүүлэхийн тулд хэт улаан туяаны камер болон оптик мэдрэгч зэрэг бодит цагийн хяналт.
– Чанарыг тогтворжуулж, нүх сүвийг бууруулахад тусалдаг хиймэл оюун ухаанд суурилсан параметрийн оновчлол.
LPBF нь одоо анагаах ухааны салбарт титан эд анги (имплант), мөн эрчим хүчний салбарт турбинуудад зориулсан никель хайлш үйлдвэрлэхэд өргөн хэрэглэгддэг.
б) Электрон цацраг хайлуулах (EBM)
LPBF-ээс ялгаатай нь EBM нь вакуум камерт электрон цацраг ашигладаг. EBM-ийн хамгийн сүүлийн үеийн давуу тал нь титан зэрэг урвалд орох материалыг исэлдэлтийн эрсдэл багатай хэвлэх, үлдэгдэл стресс багатай эд анги үйлдвэрлэх чадвар юм. Сүүлийн үеийн дэвшилд хэвлэх камерт температурын хяналтыг сайжруулсан нь илүү тогтвортой үр дүнд хүргэж, том хэмжээтэй эд ангиудад илүү тохиромжтой болсон.
3. Чиглүүлсэн энергийн тунадасжуулалт (DED): Засвар болон бүрэх орчин үеийн арга
Хүнд үйлдвэрт улам бүр ашиглагдаж буй шинэ арга бол Чиглүүлсэн энергийн тунадасжуулалт (DED) юм. Энэ аргаар металл нунтаг эсвэл утас хэлбэрээр материалыг тодорхой хэсэг рүү урсгаж, дараа нь лазер, плазм эсвэл электрон цацраг зэрэг чиглүүлсэн энерги ашиглан хайлуулдаг.
DED нь дараах чиглэлээр давуу талтай:
– Засварлах, дахин үйлдвэрлэх, жишээлбэл, турбины ир, үйлдвэрийн хэв, эсвэл элэгдсэн үнэтэй эд ангиудыг засах.
– Бүрээс/бүрээс нь зэврэлт болон элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг нэмэгдүүлэхийн тулд тусгай материалын давхарга нэмж байгаа хэрэг юм.
– Хосолсон үйлдвэрлэл, DED болон CNC-ийг нэг машинд нэгтгэснээр эд ангиудыг хэвлээд дараа нь зөөхгүйгээр шууд нарийн боловсруулж болно.
Хамгийн сүүлийн үеийн DED техник нь илүү дасан зохицох траекторын хяналтыг ашигладаг бөгөөд энэ нь гадаргуугийн өндрийн мэдрэгч дээр үндэслэн давхаргын зузааныг автоматаар тохируулах боломжийг олгодог.
4. Биндерийн тийрэлтэт дамжуулалт: Массын үйлдвэрлэлд хүчтэй нэр дэвшигч
LPBF нь нарийвчлалаараа давуу талтай боловч холбогч тийрэлтэт технологи нь их хэмжээний үйлдвэрлэлд хүчтэй нэр дэвшигч юм. Энэ арга нь металлыг шууд хайлуулахгүй, харин металлын нунтаг дээр холбогч (наалдамхай бодис) цацаж "ногоон хэсэг" үүсгэдэг бөгөөд дараа нь хатуурахын тулд шатаах (халаах) процесст ордог.
Холбогч жийргэвчийг улам бүр түгээмэл болгож буй шинэ онцлогууд:
– Өндөр хурдтай, учир нь энэ үйл явц нь бэхэн хэвлэхтэй төстэй.
– Бага зардалтай, ашигласан энерги нь лазер хайлуулах процессоос хамаагүй бага.
– Олон жижиг эд анги шаарддаг автомашины үйлдвэрлэлд тохиромжтой, өргөтгөх боломжтой.
Сорилт нь хайлуулах явцад агшилт үүсэх боловч шинэ техникүүд агшилтыг урьдчилан таамаглах, дизайныг эхнээс нь засахын тулд дижитал симуляцид тулгуурладаг.
5. Хамгийн шинэ материалууд: Тусгай хайлш болон илүү тогтвортой нунтаг
Металл 3D хэвлэлийн дэвшил нь материалын шинэчлэлтэй салшгүй холбоотой. Одоо материал үйлдвэрлэгчид илүү жигд хэмжээтэй тархалттай металл нунтаг боловсруулж, нунтаг урсгалын чанар болон давхаргын нягтралыг сайжруулж байна.
Улам бүр түгээмэл хэрэглэгддэг материалуудад дараахь зүйлс орно.
– Титан (Ti-6Al-4V): хөнгөн бөгөөд бат бөх гэдгээрээ алдартай бөгөөд имплант болон онгоцны эд ангиудад өргөн хэрэглэгддэг.
– Инконель ба никелийн супер хайлш: турбинуудад зориулсан өндөр халуунд тэсвэртэй.
– Зэвэрдэггүй ган 316L: ерөнхий үйлдвэрлэл болон анагаах ухаанд олон талын хэрэглээтэй.
– Уламжлалт хөнгөн цагаан нь хэвлэх үед ихэвчлэн дулааны хагарал үүсгэдэг тул 3D хэвлэхэд илүү тохиромжтой шинэ хөнгөн цагаан хайлш.
Цэвэр металл болон стандарт хайлшаас гадна сүүлийн үеийн чиг хандлага бол хурдан хайлах процессын үед тогтвортой байхаар бүтээгдсэн нэмэлт бодис агуулсан хайлшийг хөгжүүлэх явдал бөгөөд ингэснээр хагарал болон сүвэрхэг чанарыг бууруулдаг.
6. Орчин үеийн дараах боловсруулалт: Эцсийн чанарын түлхүүр
Хэдийгээр үүнийг "хэвлэх" гэж нэрлэдэг ч эд анги машинаас гарахад үйл явц зогсдоггүй. Эцсийн гүйцэтгэлд дараах боловсруулалт чухал үүрэгтэй. Хамгийн сүүлийн үеийн техникүүдэд дараахь зүйлс орно.
– Дотор нүх сүвийг багасгаж, ядрахын бат бөх чанарыг нэмэгдүүлэхийн тулд халуун изостатик даралт (HIP) хийнэ.
– Бичил бүтэц болон бат бөх чанарыг хянахын тулд программчилсан дулааны боловсруулалт.
– Гадаргууг автоматаар өнгөлөх, үүнд гангаар өнгөлөх, химийн аргаар өнгөлөх зэрэг орно.
– Тодорхой гадаргуу дээр нарийвчлалын хүлцэл авахын тулд CNC өнгөлгөө хийх.
Олон үйлдвэрүүд одоо нэг дижитал үйлдвэрлэлийн системд (ухаалаг үйлдвэр) зураг төсөл боловсруулах, симуляци хийх, хэвлэхээс эхлээд дуусгах хүртэл нэгдсэн ажлын урсгалыг нэвтрүүлж байна.
7. Хамгийн сүүлийн үеийн чиг хандлага: Дижитал ихэр ба өгөгдөлд суурилсан хяналт
Хамгийн том дэвшлүүдийн нэг бол дижитал ихрүүдийг хэрэгжүүлэх явдал юм - бодит ертөнцийн үйл явцыг дуурайдаг дижитал загварууд. Дижитал ихрүүдийн тусламжтайгаар компаниуд дараахь зүйлийг хийх боломжтой.
– хэвлэхээс өмнө дулааны гажуудлыг дуурайлган хийх,
- согогийн эрсдэлийг урьдчилан таамаглах,
– мөн дэмжлэгийн хэрэглээг багасгахын тулд хэвлэх чиглэлийг оновчтой болгох.
Бодит цагийн мэдрэгчтэй хослуулан процессуудыг өгөгдөлд хөтлөх боломжтой. Зарим системүүд гажиг илэрсэн тохиолдолд хэвлэхийг зогсоох эсвэл параметрүүдийг тохируулах боломжтой. Энэ нь ялангуяа сансар судлал, анагаах ухаан зэрэг өндөр зохицуулалттай салбаруудын хувьд тогтвортой, баталгаажсан үйлдвэрлэлд хүрэх чухал алхам юм.
Дүгнэлт
Металл 3D хэвлэх технологи нь зүгээр л туршилтын хэрэгслээс ноцтой бөгөөд өрсөлдөх чадвартай үйлдвэрлэлийн арга болж хөгжсөн. Олон лазер LPBF, эрлийз DED, массын үйлдвэрлэлд зориулсан холбогч тийрэлтэт технологи, дижитал ихэр болон бодит цагийн хяналтыг хэрэгжүүлэх зэрэг шинэ техникүүд нь металл боловсруулах чадавхийг эрс өргөжүүлж байна. Материал болон дараах боловсруулалтын шинэчлэлүүд нь хэвлэмэл материалыг илүү бат бөх, илүү нарийвчлалтай, илүү найдвартай болгож байна. Цаашид металл нэмэлт үйлдвэрлэл нь зөвхөн дизайны уян хатан байдлаас гадна хангамжийн сүлжээний үр ашиг, материалын хэмнэлтээс шалтгаалан орчин үеийн үйлдвэрлэлийн гол тулгууруудын нэг болно гэж найдаж байна.
Хэрэв та хүсвэл би энэ өгүүллийг илүү техникийн хувилбар (үйл явцын параметрүүд, машины төрөл, үйлдвэрлэлийн кейс судалгааны жишээнүүдтэй хамт) эсвэл ерөнхий уншигчдад зориулсан түгээмэл хувилбар болгон өөрчилж болно.
