Које су потешкоће у контроли димензионалних грешака металних калупа за 3Д штампање?

1. Димензијска разлика услед скупљања материјала и термичког напрезања
Током процеса 3Д штампања, метални материјали пролазе кроз чврсту-течну{2}}промену чврсте фазе. Коефицијент термичког ширења и стопа скупљања су главне ствари које утичу на то колико су димензије тачне. На пример, коришћењем материјала који се често користе:

Нерђајући челик (као 316Л): Стопа скупљања при хлађењу је отприлике 4%. Ако се обрнута корекција не изврши током фазе моделирања, калуп дужине 100 мм могао би да се скупи на 96 мм, што је изван опсега толеранције од ± 0,1 мм.
Легуре титанијума (као што је Ти-6Ал-4В) се скупљају за отприлике 2%, али се термички стрес повећава брже, што може лако да изазове савијање, посебно у зградама са танким зидовима или конзолама.
Пробој у тешкоћама: Да бисте пронашли стварну стопу скупљања, потребно је да користите алате за обрнути инжењеринг као што је Геомагиц Цонтрол Кс. Такође морате да користите формулу „компензована величина=величина дизајна ÷ (1-стопа скупљања)“ током корака моделирања. На пример, калупи од нерђајућег челика морају бити 4,2% већи (100мм → 104,2мм), а калупи од легура титанијума морају бити 2,04% већи (100мм → 102,04мм). Технологија компензације усмерења такође може да се носи са тешким сценаријима када је стопа скупљања З-осе 10% већа од КСИ осе у СЛМ процедурама.

2. Побољшање параметара процеса: техника балансирања густине енергије и дебљине слоја
Да би 3Д штампање метала било тачно, карактеристике као што су снага ласера, брзина скенирања и дебљина слоја морају се контролисати на координисан начин. Свака промена параметра може изазвати проблеме са димензијама.

Недовољна густина енергије: Ако је снага ласера ​​прениска или је брзина скенирања пребрза, прах се не топи до краја, што ствара непотпуне дефекте фузије. Ово слаби везу између слојева и чини величину објекта мање стабилном.
Велика густина енергије: Ако се снага ласера ​​промени за више од 5%, растопљени базен снажно прска, а течни метал се претвара у округле честице на неотопљеном праху. Ово чини површину неравном и мења величину.
Одабир дебљине слојева: Дебљина слоја од 0,1 мм може учинити ствари ефикаснијим, али обрасци су јасни и храпавост Ра је већа од 5 μм. Дебљина слоја од 0,03-0,05 мм може направити храпавост Ра<3 μ m, but it will take more than three times longer to print.
Студија случаја: Ваздухопловна компанија је користила СЛМ технологију за штампање лопатица турбине. Користили су ортогоналне експерименте да би пронашли најбољу комбинацију параметара: снагу ласера ​​од 300 В, брзину скенирања од 1200 мм/с, дебљину слоја од 0,05 мм и попречну путању скенирања (суседни слојеви су скенирани дуж Кс/И осе). Толеранција димензија је ефикасно управљана унутар ± 0,05 мм, у складу са стандардима за ваздухопловство.

3. Тачност опреме: од калибрационог хардвера до контроле кретања
Физичка основа за контролу величине је прецизност опреме. Да би се ово постигло, три области морају радити заједно на побољшању: механичка структура, систем кретања и сензори.

Ниво платформе: Ако платформа за штампање није равна, слојеви можда неће бити исте дебљине, што може довести до тога да димензије буду „дебеле на једној страни и танке на другој“. Да бисте били сигурни да је разлика у очитавању између пет тачака (четири угла плус центар) на платформи мања или једнака 0,05 мм, потребан вам је мерач који је тачан до 0,01 мм.
Постоји размак између водећег завртња и вођице: Ако је размак превелик, глава штампача ће се померити предалеко. Ако му кажете да се помери за 10 мм, заиста ће се померити за 10,02 мм. Да бисте пронашли грешку у размаку рупа, потребно је да одштампате равну плочу са много малих рупа (5 мм у пречнику и 20 мм међусобно) и користите алат за координатно мерење. Затим можете да решите проблем коришћењем „електронског преносног односа“ софтвера уређаја.
Калибрација пречника ласерске тачке: Ако погрешно подесите пречник тачке (на пример, ако је заиста 0,1 мм, али програм каже да је 0,08 мм), могли бисте да имате „прегоревање“ или „подгоревање“. Одштампајте праву линију дужине 10 мм, а затим измерите стварну ширину и упоредите је са оним што програм каже. Морате да поправите грешку ако је већа од 0,02 мм.
4. Дизајн носеће конструкције: проналажење праве равнотеже између снаге и лакоће уклањања
Носећа конструкција није само "костур" који спречава модел да промени облик, већ може бити и узрок грешака у величини:

Превише простора између носача: Ако је размак између носача на висећим деловима (као што је конзола од 5 мм) већи од 3 мм, артикал може да се спусти током штампања, што узрокује варијације у величини.
Стрми угао ослонца: Ако је угао између ослонца и дела мањи од 45 степени, скидање ослонца може лако да „повуче“ и промени облик дела, посебно ако је са танким-зидовима (дебљина<2mm).
Недовољно чврсто на дну носача: Ако дно носача није 50% веће у пречнику од врха, делови се лако могу нагнути због неравномерне напетости.
Нови начин за решавање проблема:
Коришћење метода оптимизације топологије за прављење лаганих потпорних структура које су јаке, али захтевају мање материјала; захтевају софистициране алате као што су ултразвучна сечива за скидање носача и избегавање изобличења услед удара чекића. Побољшањем дизајна носача, један произвођач калупа за аутомобиле успео је да побољша толеранцију димензија делова са танким{1}}зинама од ± 0,2 мм до ± 0,08 мм.

5. Контрола животне средине: Невиђени ефекти температуре и влажности
Људи обично не размишљају о томе како услови околине утичу на стабилност димензија металног 3Д штампања:

Промене температуре: Промене температуре у радионици за више од 5 степени (на пример, 25 степени током дана и 18 степени ноћу) могу довести до ширења и скупљања опреме, што може изазвати померање величине. Потребно је уградити клима уређај који одржава температуру на 22±2 степена.
Апсорпција влаге у праху: Ако метални прах има више од 0,1% влаге, штампање ће створити поре, што ће учинити димензије нестабилним. Ставите агломерирани прах у сито од 80 месх и сушите га у рерни загрејаној на 80 степени 2 сата.