Dla producentów drukowanie 3D lub wytwarzanie przyrostowe zapewnia sposób na budowanie części o skomplikowanych kształtach, które są trwalsze, lżejsze i bardziej przyjazne dla środowiska niż części wytwarzane tradycyjnymi metodami. Przemysł kwitnie. Niektórzy przewidują, że jego wielkość będzie się podwajać co trzy lata, ale ma też szereg problemów z jej szybkim rozwojem.

Naprężenie szczątkowe jest produktem ubocznym powtarzającego się ogrzewania i chłodzenia w procesie drukowania na metalu. Może to powodować uszkodzenia części, a w niektórych przypadkach może uszkodzić drukarkę. Aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób powstaje naprężenie szczątkowe i jak je tłumić, naukowcy z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST), Laboratorium Narodowego Lawrence Livermore, Laboratorium Narodowego Los Alamos (Los Alamos) Laboratorium Narodowego Alamos) i innych instytucji badawczych dokładnie zbadali wpływ różnych wzorów nadruku na części ze stopu tytanu wykonane zwykłymi metodami laserowymi.

Naukowcy przetestowali cztery różne wzory nadruku, w których laser topi się w sposób ciągły tam iz powrotem w proszku metalowym lub topi się w różnych kwadratowych wysepkach i rozciąga się równolegle do dłuższego boku części lub po przekątnej do części.

Wyniki ich badań opublikowane w czasopiśmie Additive Manufacturing wykazały, że wydrukowany wzór zwany „skanowaniem wyspowym” wykonał najgorzej ze wszystkich metod badawczych, które nie spełniły oczekiwań zespołu. . Generowane przez nich dane mogą pomóc producentom w testowaniu i ulepszaniu modeli predykcyjnych do druku 3D. Jeśli modele są dokładne, mogą uniknąć niszczących poziomów naprężeń szczątkowych.

Jest to bardzo zaskakujące i podkreśla złożoność problemu. Współautor badania i inżynier badań materiałów NIST Thien Phan powiedział, że pokazuje to, że chociaż skanowanie wysp może być skuteczne w wielu sytuacjach, to nie działa w pracy, co naprawdę podkreśla fakt, że potrzebujemy dokładnego modelowania.

Naukowcy z NIST i innych instytucji wykorzystali metody laserowe do wydrukowania w 3D czterech miniaturowych metalowych mostów, z których każdy został wykonany przy użyciu innego wzoru nadruku (reklama liniowa). Zespół badawczy zmierzył poziomy naprężenia (czerwony) i ściskania (niebieski) wewnątrz mostu w trzech różnych kierunkach oraz określił poziomy rozciągania pionowego wzdłuż krawędzi niektórych próbek.

Badania zespołu koncentrowały się na popularnej metodzie wytwarzania przyrostowego zwanej laserową fuzją proszkową (LPBF). W tej metodzie laser skanuje warstwę sproszkowanego metalu, topiąc i łącząc cząstki na powierzchni w ustalonym wzorze. . Gdy stopiony metal schładza się do postaci stałej, stół roboczy podtrzymujący materiał jest obniżany, a drukarka nakłada na niego nową warstwę proszku, umożliwiając laserowi kontynuowanie produkcji części warstwa po warstwie.

Po rozpoczęciu drugiego piętra budynku naprężenia szczątkowe zaczynają rosnąć. Metal użyty w LPBF szybko się ochładza, co oznacza, że ​​gdy laser drukarki zaczyna nagrzewać nową warstwę, metal w poprzedniej warstwie jest już stały. Warstwa stopionego metalu kurczy się do wewnątrz w miarę ochładzania, ciągnąc pod nią lity metal i wytwarzając ciśnienie. Im większa różnica temperatur, tym większa siła ciągnąca warstwy topienia. Proces ten jest powtarzany dla każdej warstwy, aż do ukończenia części, blokując naprężenie w litym metalu.

W końcu tworzysz niesamowite naprężenia szczątkowe wewnątrz obrabianych przedmiotów, powiedział Phan. Naprężenia szczątkowe mogą pękać części i rosnąć podczas procesu produkcyjnego, co w rzeczywistości może spowodować awarię maszyny.

Najprostszym trybem drukowania w LPBF jest skanowanie ciągłe, w którym laser skanuje w tę i z powrotem od jednego końca do drugiego. Ale pojawiła się alternatywa zwana skanowaniem wysp jako sposób na złagodzenie stresu. Ideą tej metody jest to, że topienie niewielkiej części metalu lub wysp, pojedynczo, zamiast całej warstwy, może zmniejszyć skurcz metalu, jednocześnie zmniejszając ogólne ciśnienie.

Skanowanie wysp zyskało przychylność producentów, ale wcześniejsze badania nad tą technologią były niespójne. Mówiąc szerzej, związek między strategią skanowania a stresem szczątkowym pozostaje w dużej mierze tajemnicą. Aby wypełnić te luki, wieloagencyjny zespół zaczął szczegółowo analizować wpływ skanowania wysp na stres.

Autorzy tego nowego badania wydrukowali cztery mostki ze stopu tytanu o długości ponad 2 cm (0.8 cala). Próbki te są tworzone przez skanowanie ciągłe lub wyspowe, z laserem biegnącym wzdłuż ich długości i szerokości lub pod kątem 45 stopni.

Na pierwszy rzut oka mosty te wydają się być wydrukowane z drukarki, ale naukowcy nie tylko przyjrzeli się wartościom powierzchni, ale dokładnie przestudiowali ich szczegóły.

Wystrzelili wysokoenergetyczne promienie rentgenowskie w głąb próbki z potężnego narzędzia zwanego synchrotronem. Mierząc długość fali promieni rentgenowskich odbijanych przez metal, zespół dokładnie określił odległość między atomami metalu. Stamtąd naukowcy obliczyli ciśnienie. Im większa odległość, tym większy nacisk na metal. Po opanowaniu tych kluczowych informacji wygenerowali mapę pokazującą lokalizację i stopień naprężeń w całej próbce.

Naprężenie wszystkich próbek jest bliskie granicy plastyczności stopu tytanu – punktowi wytrzymałości, w którym materiał ulega trwałemu odkształceniu. Ale te mapy ujawniły również coś, co zaskoczyło badaczy.

Fizyk NIST i współautor Lyle Levine powiedział, że istnieje duże naprężenie po bokach i na górze próbki skanowania wyspy, co nie jest lub nie jest tak oczywiste w przypadku próbki skanowania ciągłego. Jeśli skanowanie wysp jest dla branży sposobem na złagodzenie tych presji, powiedziałbym, że w tym konkretnym przypadku jest to dalekie od sukcesu.

W innym teście usunęli jedną nogę każdego mostu z metalowego podłoża. Autorzy badania zmierzyli odległość, na jaką nogi mostu odbijały się w górę, uzyskując w ten sposób kolejny pomiar naprężeń szczątkowych przechowywanych w sklepieniu każdego mostu. Podobnie, próbki skanów w kształcie wysp wypadły słabo, a ich nogi odchylały się ponad dwa razy bardziej niż inne próbki.

Autor sugeruje, że skanowanie wysp może być mieczem obosiecznym. Chociaż małe wyspy mogą zmniejszać kurczenie, wyspy mogą również ochładzać się znacznie szybciej niż większe baseny do topienia, tworząc większą różnicę temperatur, a tym samym większe ciśnienie.

Pan powiedział, że chociaż skanowanie wyspy nie jest odpowiednie dla konkretnych części, materiałów i sprzętu użytego w badaniach, nadal jest dobrym wyborem w różnych okolicznościach. Wyniki pokazują jednak, że nie jest to panaceum na stres szczątkowy. Aby uniknąć presji, producenci mogą być zmuszeni do dostosowania strategii skanowania i innych parametrów zgodnie z ich konkretnymi modelami - modele komputerowe znacznie pomogą w tej pracy.

Jeśli prognoza jest trafna, producenci mogą wykorzystać model do szybkiego i taniego określenia najlepszych parametrów, zamiast optymalizować drukowanie metodą prób i błędów. Levine powiedział, że modelarze mogą testować swoje narzędzia poprzez rygorystyczne pomiary porównawcze, podobnie jak dane uzyskane w nowych badaniach, zwiększając w ten sposób zaufanie do narzędzi.

Ta praca zapewnia nowe spojrzenie na popularną strategię drukowania, dodaje kluczową część do układanki tworzenia naprężeń szczątkowych i ostatecznie przybliża drukowanie 3D do pełnego potencjału.

Link do tego artykułu:Pomóż producentom uniknąć pułapek związanych z drukowaniem 3D

Oświadczenie o przedruku: Jeśli nie ma specjalnych instrukcji, wszystkie artykuły na tej stronie są oryginalne. Proszę wskazać źródło przedruku: https://www.cncmachiningptj.com/，thanks！

Blachy, beryl, stal węglowa, magnez, druk 3D, precyzja Obróbka CNC usługi dla przemysłu ciężkiego, budowlanego, rolniczego i hydraulicznego. Nadaje się do tworzyw sztucznych i rzadkich obróbka stopów. Może toczyć części o średnicy do 15.7 cala. Procesy obejmują obróbka szwajcarskaprzeciąganie, toczenie, frezowanie, wytaczanie i gwintowanie. Zapewnia również polerowanie metali, malowanie, szlifowanie powierzchni i wał usługi prostowania. Zakres produkcji (m.in. aluminium odlewanie i odlewanie ciśnieniowe cynku,) wynosi do 50,000 XNUMX sztuk. Nadaje się do śrub, złączy, Łożyskopompa, biegobudowa skrzyniowa, suszarka bębnowa i podajnik obrotowy zawór Applications.PTJ opracuje strategię z Tobą, aby zapewnić najbardziej opłacalne usługi, które pomogą Ci osiągnąć swój cel, Zapraszamy do kontaktu z nami ( sprzedaz@pintejin.com ) bezpośrednio do nowego projektu.