Ferlisflæði þrívíddarprentunar úr áli

Álblöndur, þökk sé framúrskarandi sérstyrk, góðri hitaleiðni og framúrskarandi tæringarþol, hafa lengi verið mikið notaðar sem létt efni í geimferðum, bílaframleiðslu, rafeindabúnaði og öðrum sviðum. Með stöðugri þroska aukefnaframleiðslutækni eru þrívíddar-prentaðar álblöndur að verða mikilvæg viðbótarlausn við hefðbundna steypu, smíða og CNC vinnslu-sérstaklega hentugur fyrir flókna burðarhluta, litla-lotu sérsniðna íhluti og frumgerðahluta sem krefjast hraðvirkrar sannprófunar. Skilningur á heildarferlisflæði þrívíddar-prentaðra álblöndur hjálpar fyrirtækjum að meta betur nothæfi þessarar tækni í eigin vöruþróun.

Aðalferlið þrívíddar-prentaðrar álblöndur er sem hér segir:

Í fyrsta lagi er faglegur þrívíddarlíkanahugbúnaður eins og SolidWorks eða AutoCAD notaður til að hanna nákvæmlega þrívíddarlíkanið af nauðsynlegum álhluta. Þetta líkan verður að íhuga vandlega þætti eins og lögun hlutans, mál og innri uppbyggingu til að tryggja að endanlegur prentaður hluti uppfylli raunverulegar þjónustukröfur.

Á þessu stigi nýta hönnuðir venjulega einnig að fullu hönnunarfrelsið sem viðbótarframleiðsla veitir og sameina hagræðingaralgrím til að framkvæma létta byggingarhönnun á íhlutnum. Óþarfa efni er fjarlægt á meðan vélrænni frammistöðu er viðhaldið og dregur þannig úr þyngd hluta og sparar prenttíma og efniskostnað. Að auki verður hönnunarstigið að huga vel að vali á byggingarstefnu, skipulagi stuðningsmannvirkja og heimildum sem eru fráteknar fyrir síðari vinnslu. Byggingarstefna hefur ekki aðeins áhrif á yfirborðsgæði og víddarnákvæmni heldur ákvarðar einnig beint magn stuðningsefnis sem þarf og erfiðleika yfirborðsmeðferðar eftir að stuðningur hefur verið fjarlægður. Fyrir mikilvægar stærðir sem krefjast samsetningar eða síðari vinnslu, panta hönnuðir oft vinnsluheimild sem er um það bil 0,2–0,5 mm svo að hægt sé að ná endanlegu fráviki með frágangsaðgerðum á eftir-vinnslustigi.

Fullbúið þrívíddarlíkan er flutt inn í sneiðarhugbúnaðinn sem fylgir þrívíddarprentunarbúnaðinum. Sneiðhugbúnaðurinn framkvæmir lag-fyrir-lagsvinnslu á líkaninu í samræmi við vinnureglur og færibreytukröfur þrívíddarprentarans og býr til röð tveggja-sneiðagagna. Þessi gögn skilgreina útfellingarleið, þykkt og aðrar upplýsingar fyrir hvert lag af álefni.

Fyrir utan grunnlag, tekur sneiðhugbúnaðurinn að sér nokkur mikilvæg verkefni á þessu stigi. Í fyrsta lagi er sjálfvirk framleiðsla og hagræðing stuðningsmannvirkja: fyrir yfirhangandi eða hallandi hluta líkansins reiknar hugbúnaðurinn á skynsamlegan hátt og bætir við nauðsynlegum stoðum sem tryggja stöðugleika meðan á prentun stendur á meðan hann lágmarkar stuðningsmagn til að draga úr erfiðleikum við að fjarlægja síðar og efnissóun. Í öðru lagi er stilling skönnunarleiðaraðferða, þar á meðal röð og stefnu skönnun á útlínumörkum og innri fyllingarskönnun; þessar breytur hafa bein áhrif á dreifingu leifaspennu inni í hlutanum og endanlega vélrænni eiginleika hans. Að auki verður sneiðhugbúnaðurinn að stilla viðeigandi lagþykktarfæribreytur í samræmi við gerð búnaðarins. Þynnri lög gefa almennt meiri mótunarnákvæmni og yfirborðsgæði en lengja verulega prenttímann, þannig að jafnvægi verður að vera á milli nákvæmnikrafna og framleiðsluhagkvæmni.

3D prentun úr áli notar venjulega tiltekið álduft sem hráefni. Þetta duft verður að hafa góða flæðihæfni, samræmda kornastærðardreifingu og aðra eiginleika til að tryggja sléttan flutning og sintrun meðan á prentunarferlinu stendur.

Eins og er eru þær áldufttegundir sem mest eru notaðar í iðnaði aðallega AlSi10Mg, AlSi7Mg og ákveðin há- álblöndukerfi (eins og Al-Cu röð og ný Al-Sc-Zr röð ál duft). Meðal þeirra er AlSi10Mg, með góða heildarframmistöðu og þroskað ferli færibreytukerfi, sem nú er mest notaða einkunnin. Það býður upp á framúrskarandi steypingarhæfni og stöðuga vélræna eiginleika, sem gerir það mjög hentugt til að prenta þunna-veggða og flókna burðarhluta. Venjulega þarf að duftkúlustigið fari yfir 95% og kornastærðardreifing er yfirleitt stjórnað á bilinu 15–53 μm; duft sem er of gróft eða of fínt mun hafa áhrif á einsleitni duftdreifingar og myndunargæði. Að auki gleypa álduft auðveldlega raka og búa yfir ákveðnu eldfimi. Við geymslu og notkun verður að hafa strangt eftirlit með rakastigi umhverfisins og gera samsvarandi sprengingar- og-eldvarnarráðstafanir. Þetta er atriði sem er sérstaklega mikilvægt fyrir öryggisstjórnun í þrívíddarprentun úr áli samanborið við prentun á öðrum málmum.

Duftdreifing: Duftdreifingarbúnaður-prentbúnaðarins dreifir þunnu lagi af áldufti jafnt á byggingarpallinn.

Leysirundun: Tölvustýrður leysigeisli-hertir dreifða duftlagið sértækt í samræmi við slóðina sem ákvarðast af sneiðagögnunum. Leisarorkan bráðnar hratt og storknar duftagnirnar á staðbundnum svæðum og byggir þar með upp þrívíða fast efni sem samsvarar líkaninu lag fyrir lag.

Uppsöfnun lags-fyrir-lags: Þrep duftdreifingar og leysissintun eru endurtekin, álduftið er hert saman lag eftir lag þar til allur íhluturinn er prentaður.

Í raunverulegri framleiðslu felur mótunarstigið í sér mörg smáatriði sem krefjast nákvæmrar stjórnunar. Vegna þess að álblöndur hafa tiltölulega mikla leysisspeglun og hitaleiðni, er álduft hættara við kúlumyndun, gljúpu og öðrum göllum við mótun en efni eins og títan málmblöndur eða ryðfríu stáli. Búnaðarframleiðendur þurfa því venjulega sérstaklega að fínstilla samsetningar vinnslubreytu-leysisafls, skönnunarhraða, lúgubils o.s.frv.-fyrir álblöndur. Allt mótunarferlið verður einnig að fara fram inni í lokuðu hólfi sem varið er af óvirku gasi eins og argon, með súrefnisinnihaldi stranglega stjórnað á mjög lágu stigi (venjulega undir 100 ppm) til að koma í veg fyrir að mjög hvarfgjarnt álduft oxist eða springi jafnvel við háan hita. Að auki er byggingarpallurinn venjulega hóflega forhitaður til að draga úr afgangsálagi sem stafar af of miklum hitastigum inni í hlutanum og til að draga úr líkum á vindi og aflögun við prentun.

Eftir að prentun er lokið gæti hluturinn þurft ákveðnar eftirvinnsluaðgerðir-, svo sem að fjarlægja leifar af dufti af yfirborðinu, slípun, fægja og aðrar meðferðir til að bæta yfirborðsgæði og nákvæmni. Einnig er hægt að beita hitameðferð og öðrum ferlum til að auka enn frekar afköst álhlutans.

Nánar tiltekið, eftir-vinnsla á 3D-prentuðum hlutum úr áli inniheldur venjulega eftirfarandi skref. Fyrst er duftfjarlæging og stuðningsfjarlæging: leifar af óbræddu dufti inni í innri rásum og á yfirborði verður að vera vandlega hreinsað og burðarvirki sem bætt er við við prentun verður að fjarlægja. Þetta skref er sérstaklega mikilvægt fyrir hluta með flókið innra holrúm og þarf oft sérhæfðan búnað eins og að fjarlægja titringsduft og hreinsa loftflæði. Í öðru lagi er hitameðhöndlun, þar á meðal streitu-hreinsun og öldrun lausnar. Álags-aflögun er aðallega notuð til að útrýma afgangsspennu sem myndast við prentun og til að koma í veg fyrir aflögun eða sprungur við síðari notkun eða vinnslu. Fyrir einkunnir eins og AlSi10Mg, getur öldrunarmeðhöndlun lausnar betrumbætt kornbygginguna enn frekar og bætt efnisstyrk og sveigjanleika, fært vélrænni eiginleika nær eða jafnvel betri en hefðbundin steypu-álhluti. Að auki, fyrir mikilvæga álags-íhluti sem krefjast mikillar þéttleika, er hægt að framkvæma heita jafnstöðupressu (HIP); umhverfið með háum-hita og háum-þrýstingi útilokar smásæja gropagalla inni í hlutanum og bætir þreytuvirkni enn frekar. Að lokum, í samræmi við sérstakar notkunarkröfur hlutans, er vélrænni vinnsla, sandblástur, anodizing, húðun og önnur yfirborðsmeðferð beitt til að uppfylla kröfur um víddarnákvæmni, útlitsgæði eða sérstaka virkni (svo sem slitþol, einangrun eða fagurfræði).

Við raunverulegar ákvarðanir um val þurfa fyrirtæki oft að vega þrívíddar-prentaðar álblöndur á móti hefðbundnum móta-steypuferlum. Hefðbundin steypusteypa hefur umtalsverðan kostnaðarkost í framleiðslu í miklu-magni; einingarkostnaður lækkar hratt eftir því sem magn eykst. Hins vegar krefst það þróun sérstakra móta á fyrstu stigum. Móthönnun og framleiðsla tekur venjulega nokkrar vikur eða jafnvel mánuði og allar hönnunarbreytingar þýðir oft að rifa mótið og endurfjárfesta. Aftur á móti þurfa þrívíddar-prentaðar álblöndur alls engin mót; Þegar hönnunarskráin hefur verið staðfest getur prentun hafist beint. Það er sérstaklega hentugur fyrir hraða sannprófun á frumgerð við þróun nýrrar vöru og til framleiðslu á litlu-magni, flóknum eða sérsniðnum hlutum sem erfitt er að mynda í einu skrefi með mótsteypu. Á sama tíma getur þrívíddarprentun áttað sig á flóknum innri flæðisrásum, grindum og holum byggingum sem erfitt er að ná með deyjasteypu, sem veitir meira hönnunarrými fyrir vöruléttingu og hagnýt samþættingu.

Með því að nýta kosti þess í léttri þyngd og hönnunarfrelsi hefur 3D-prentuð áltækni þegar fundið hagnýt notkun á mörgum sviðum. Í geimferðum er þrívíddarprentun úr áli mikið notuð til að framleiða UAV burðarhluti, gervihnattafestingar og aðra íhluti með ströngum kröfum um þyngd-. Í bílaframleiðslu eru flóknir -rásarhlutar eins og inntaksgreinar og vatns-jakkahús fyrir kappaksturs- og afkastamikil farartæki í auknum mæli framleidd með samþættri þrívíddarprentun úr áli, sem styttir þróunarlotur og gerir flæðis-fínstillingarhönnun ekki kleift að ná þeirri rásarfínstillingu. Á sviði rafeindabúnaðar og varmastjórnunar er góð varmaleiðni álblöndur ásamt flóknum -hitadreifingaruggum og lífhermiflæðis-rásarbyggingum sem þrívíddarprentun getur gert sér grein fyrir víða beitt við framleiðslu á hitaköfum og gufuhólfum fyrir há{{15} rafeindabúnað. Að auki, í mótaframleiðslu, er þrívíddarprentun úr álblöndu notuð til að framleiða mótainnskot með samræmdum kælirásum, sem styttir í raun kælitíma í sprautumótun eða deyja-steypuframleiðslu og bætir framleiðslu skilvirkni.

Með náinni samhæfingu módelhönnunar, gagnavinnslu, efnisgerðar, prentunar/mótunar og eftir-vinnslu veitir 3D-prentuð áltækni skilvirka og sveigjanlega tæknilega leið til framleiðslu á léttum, flóknum-hlutum úr álblöndu. Í samanburði við hefðbundna-steypu- og vinnsluferla sýnir þessi tækni einstaka kosti í hönnunarfrelsi, þróunarferli og sérsniðinni-lotu framleiðslu. Þrátt fyrir að áskoranir séu enn í háum-framleiðslukostnaði og ákveðnum aðferðarstýringum, með stöðugri lækkun á efniskostnaði úr áldufti og áframhaldandi endurbótum á ferlibreytukerfum, er búist við að þrívíddar-prentaðar álblöndur nái víðtækari og dýpri notkun í geimferðum, bílaframleiðslu, og mörgum öðrum varmastjórnunum.