¿Cómo evitar la deformación por mecanizado de piezas metálicas impresas en 3D?

一, Fase de diseño: optimización de la topología mediante simulación de tensiones.
1. Simular la distribución de tensiones y reconstruir la estructura.
Una empresa que fabrica palas de turbinas para la industria aeroespacial utilizó el software Simufact Additive para ejecutar una simulación de acoplamiento termomecánico. Observaron que los diseños típicos muestran concentración de tensiones en la zona de transición de la raíz de la pala. Cambiar la transición en ángulo recto a una transición de esquina redondeada con un radio de 5 mm y llenar el área que no soporta tensión con una estructura reticular redujo el pico de tensión de 420 MPa a 280 MPa y la deformación de impresión en un 62 %. Este escenario muestra que la optimización de la topología basada en la simulación puede encontrar puntos de tensión alta-con anticipación y lograr que la distribución de la tensión sea uniforme cambiando la estructura.
2. Diseño inteligente de estructuras que sustenten
En el diseño de soporte tradicional se utilizan fórmulas empíricas, que pueden provocar fácilmente que se acumule calor en un área. El software VoxelDance Engineering de Manga Technology utiliza tecnología de compensación de deformación por escaneo para crear automáticamente estructuras de soporte que se ajustan a las formas de las piezas. Este método mejora la densidad de la distribución del soporte al imprimir mangos de articulaciones artificiales en una empresa de dispositivos médicos. Reduce la profundidad del daño superficial causado por la eliminación del soporte después de la sinterización de 0,3 mm a 0,05 mm y reduce la cantidad de material de soporte necesario en un 30 %.
3. Construyendo un modelo para la compensación previa-a la deformación
Para los cuerpos de válvulas hidráulicas de aviación que deben tener una precisión de ± 0,02 mm, Platinum Technology Company utiliza un proceso de bucle cerrado-llamado "compensación de escaneo de impresión". En este proceso, el modelo original se imprime con acero inoxidable 316L y el escáner 3D ATOS Triple Scan obtiene los datos de deformación reales. Estos datos luego se utilizan para crear un modelo de pre-deformación inversa en el software Magics. Después de dos rondas de corrección, la tolerancia dimensional esencial de las piezas pasó de ± 0,15 mm a ± 0,03 mm, que es lo que necesitan los estándares de aviación.
2, etapa del proceso: control colaborativo de múltiples parámetros
1. Cambiar la configuración del láser sobre la marcha
El equipo Huashu High Tech FS200M cambió dinámicamente la potencia del láser y la velocidad de escaneo mientras imprimía la cámara de combustión de un determinado motor al vigilar el campo de temperatura del baño fundido en tiempo real. En el área de espesor de pared de 3 mm se utilizó el parámetro 800W/1200 mm/s y en el área de espesor de pared de 0,8 mm se utilizó el parámetro 600 W/800 mm/s. Este ajuste de los parámetros de partición reduce el aporte de calor en secciones de paredes delgadas-en un 40 % y la tensión residual en un 55 %. También soluciona el problema de deformación por sinterización en la estructura en voladizo de 0,5 mm.
2. Mejorar el procedimiento de aplicación del polvo.
El equipo EOS M 400-4 utiliza tecnología de dispersión de polvo adaptativa para abordar el efecto del espesor de la capa de polvo en la deformación. Mantiene el espesor de la capa en 40 μ m en la región de soporte y lo cambia dinámicamente a 25 μ m en el área de superficie de forma libre. Los datos de las pruebas demuestran que este enfoque reduce la desalineación entre capas de piezas de paredes delgadas de 0,12 mm a 0,03 mm y aumenta el valor Ra de rugosidad de la superficie de 12,5 μ m a 6,3 μ m.
3. Control de la atmósfera mediante gas inerte.
El dispositivo Platinum BLT-S800 mantiene los niveles de aire y humedad muy bajos (menos del 10 % de humedad relativa y 50 ppm) mientras imprime implantes ortopédicos de aleación de titanio. Esto se hace mediante un sistema de control de circuito cerrado-. Experimentos que comparan diferentes ambientes han demostrado que éste puede reducir la tasa de oxidación del polvo del 0,8% al 0,15%. Esto resuelve el problema de las películas de óxido que dificultan la conexión de las capas y hace que las piezas sean un 18 % más resistentes.
3.La etapa de pos-procesamiento es cuando se solucionan los defectos y se mejora el rendimiento.
1. Tratamiento de densificación por prensado isostático en caliente (HIP)
Una empresa particular de motores de aviación empleó un equipo de prensado isostático en caliente QIH-15L para trabajar en piezas de aleación de alta temperatura Inconel 718. Mantener las piezas a 1200 grados/150 MPa durante 4 horas las hizo más densas (de 99,2% a 99,98%) y menos porosas (de 0,3% a 0,002%). La vida útil de las piezas procesadas es tres veces mayor y las microfisuras que se formaron durante el proceso de sinterización han desaparecido por completo.
2. Proceso de tratamiento térmico en gradiente.
Para cuerpos de válvulas hidráulicas de acero inoxidable 316L, realice un proceso de tratamiento térmico de tres-pasos: recocido para aliviar tensiones a 550 grados durante 2 horas, tratamiento con solución a 1050 grados durante 1 hora y tratamiento de envejecimiento a 480 grados durante 4 horas. Este procedimiento endurece las piezas, pasando de 180HV a 280HV, y reduce la tensión residual, pasando de 320MPa a 80MPa. Esto soluciona el problema del rebote dimensional después del mecanizado.
3. Tecnología para eliminar soporte inteligente
En el equipo DMG MORI LASERTEC 65 3D se utiliza un centro de mecanizado de varillaje de cinco ejes para la eliminación de soportes: la fuerza de corte se monitorea en tiempo real a través del sistema Force Control y el avance se ajusta automáticamente. Las pruebas han demostrado que esta tecnología hace que sea un 40 % más fácil retirar el soporte y mantiene la profundidad del daño superficial dentro de 0,02 mm, que es lo que las piezas de aviación necesitan para permanecer intactas.