Apakah kesukaran dalam mengawal ralat dimensi acuan cetakan 3D logam?

1. Percanggahan dimensi disebabkan oleh pengecutan bahan dan tegasan haba
Semasa proses pencetakan 3D, bahan logam melalui-cecair-perubahan fasa pepejal. Pekali pengembangan haba dan kadar pengecutan adalah perkara utama yang memberi kesan kepada ketepatan dimensi. Contohnya, menggunakan bahan yang sering digunakan:

Keluli tahan karat (seperti 316L): Kadar pengecutan penyejukan adalah kira-kira 4%. Jika pembetulan songsang tidak dilakukan semasa peringkat pemodelan, acuan sepanjang 100mm boleh mengecut kepada 96mm, iaitu di luar julat toleransi ± 0.1mm.
Aloi titanium (seperti Ti-6Al-4V) mengecut sebanyak kira-kira 2%, tetapi tegasan haba terkumpul dengan lebih cepat, yang boleh menyebabkan meledingkan dengan mudah, terutamanya dalam bangunan dengan dinding nipis atau julur.
Penembusan kesukaran: Untuk mencari kadar pengecutan sebenar, anda perlu menggunakan alat kejuruteraan terbalik seperti Geomagic Control X. Anda juga perlu menggunakan formula "saiz pampasan=saiz reka bentuk ÷ (1-kadar pengecutan)" semasa langkah pemodelan. Sebagai contoh, acuan yang diperbuat daripada keluli tahan karat perlu 4.2% lebih besar (100mm → 104.2mm), dan acuan yang diperbuat daripada aloi titanium perlu 2.04% lebih besar (100mm → 102.04mm). Teknologi pampasan arah juga mungkin mengendalikan senario yang sukar apabila kadar pengecutan paksi Z adalah 10% lebih tinggi daripada paksi XY dalam prosedur SLM.

2. Memperbaiki parameter proses: teknik untuk mengimbangi ketumpatan tenaga dan ketebalan lapisan
Agar cetakan 3D logam menjadi tepat, ciri seperti kuasa laser, kelajuan pengimbasan dan ketebalan lapisan mesti dikawal dengan cara yang diselaraskan. Sebarang perubahan dalam parameter boleh menyebabkan masalah dimensi.

Ketumpatan tenaga tidak mencukupi: Jika kuasa laser terlalu rendah atau kelajuan pengimbasan terlalu cepat, serbuk tidak cair sepenuhnya, yang mewujudkan kecacatan gabungan yang tidak lengkap. Ini melemahkan pengikatan antara lapisan dan menjadikan saiz objek kurang stabil.
Ketumpatan tenaga tinggi: Jika kuasa laser berubah lebih daripada 5%, kolam cair memercik kuat, dan logam cecair bertukar menjadi zarah bulat pada serbuk yang tidak cair. Ini menjadikan permukaan tidak rata dan mengubah saiz.
Memilih ketebalan lapisan: Ketebalan lapisan 0.1mm boleh menjadikan perkara lebih cekap, tetapi coraknya jelas dan kekasaran Ra lebih besar daripada 5 μ m. Ketebalan lapisan 0.03-0.05mm boleh menjadikan kekasaran Ra<3 μ m, but it will take more than three times longer to print.
Kajian Kes: Sebuah syarikat penerbangan menggunakan teknologi SLM untuk mencetak bilah turbin. Mereka menggunakan eksperimen ortogon untuk mencari gabungan parameter terbaik: kuasa laser 300W, kelajuan pengimbasan 1200mm/s, ketebalan lapisan 0.05mm dan laluan imbasan silang (lapisan bersebelahan telah diimbas sepanjang paksi X/Y). Toleransi dimensi telah diuruskan dengan berkesan dalam ± 0.05mm, mematuhi piawaian aeroangkasa.

3. Ketepatan peralatan: daripada menentukur perkakasan kepada mengawal gerakan
Asas fizikal untuk kawalan saiz adalah ketepatan peralatan. Untuk mencapai matlamat ini, tiga bidang mesti bekerjasama untuk menambah baik: struktur mekanikal, sistem gerakan dan penderia.

Tahap platform: Jika platform pencetakan tidak rata, lapisan mungkin tidak sama ketebalannya, yang mungkin menyebabkan dimensi menjadi "tebal pada satu bahagian dan nipis pada sebelah lain." Untuk memastikan bahawa perbezaan bacaan antara lima titik (empat penjuru ditambah tengah) pada platform adalah kurang daripada atau sama dengan 0.05mm, anda memerlukan tolok dail yang tepat hingga 0.01mm.
Terdapat ruang antara skru plumbum dan rel panduan: Jika jarak terlalu besar, kepala cetakan akan bergerak terlalu jauh. Jika anda menyuruhnya bergerak 10mm, ia benar-benar akan bergerak 10.02mm. Untuk mencari kesilapan jarak lubang, anda perlu mencetak plat rata dengan banyak lubang kecil (diameter 5mm dan jarak 20mm) dan menggunakan alat pengukur koordinat. Kemudian, anda boleh menyelesaikan masalah dengan menggunakan "nisbah gear elektronik" perisian peranti.
Penentukuran diameter titik laser: Jika anda salah menetapkan diameter titik (contohnya, jika ia benar-benar 0.1mm tetapi program mengatakan ia adalah 0.08mm), anda boleh mengalami "terlalu terbakar" atau "terbakar." Cetak garis lurus sepanjang 10mm, kemudian ukur lebar sebenar dan bandingkan dengan apa yang dikatakan oleh program. Anda perlu membetulkan kesilapan jika lebih daripada 0.02mm.
4. Reka bentuk struktur sokongan: mencari keseimbangan yang betul antara kekuatan dan kemudahan penyingkiran
Struktur sokongan bukan sekadar "rangka" yang menghalang model daripada berubah bentuk, tetapi ia juga boleh menjadi punca ralat saiz:

Terlalu banyak ruang antara penyokong: Jika ruang antara penyokong pada bahagian yang digantung (julur 5mm seperti itu) adalah lebih daripada 3mm, item boleh terkulai semasa pencetakan, yang menyebabkan variasi saiz.
Sudut sokongan curam: Jika sudut antara sokongan dan bahagian kurang daripada 45 darjah , menanggalkan sokongan dengan mudah boleh "menarik" dan mengubah bentuk bahagian, terutamanya jika ia berdinding nipis-(ketebalan<2mm).
Tidak cukup kuat di bahagian bawah sokongan: Jika bahagian bawah sokongan tidak 50% lebih besar diameter daripada bahagian atas, bahagian-bahagiannya boleh condong dengan mudah kerana ketegangan yang tidak sekata.
Cara baharu untuk menyelesaikan masalah:
Menggunakan kaedah pengoptimuman topologi untuk membuat struktur sokongan ringan yang kukuh tetapi memerlukan kurang bahan; memerlukan alat canggih seperti bilah pemotong ultrasonik untuk menanggalkan sokongan dan mengelakkan herotan akibat pukulan tukul. Dengan memperbaik reka bentuk sokongan, satu pembuat acuan untuk kereta dapat meningkatkan toleransi dimensi bahagian-berdinding nipis daripada ± 0.2mm kepada ± 0.08mm.

5. Kawalan Alam Sekitar: Kesan Ghaib Suhu dan Kelembapan
Orang ramai biasanya tidak memikirkan cara keadaan persekitaran mempengaruhi kestabilan dimensi percetakan 3D logam:

Perubahan suhu: Perubahan dalam suhu bengkel lebih daripada 5 darjah (contohnya, 25 darjah pada waktu siang dan 18 darjah pada waktu malam) boleh membuat peralatan mengembang dan mengecut, yang boleh menyebabkan saiz hanyut. Anda perlu memasang penghawa dingin yang mengekalkan suhu pada 22 ± 2 darjah .
Penyerapan lembapan serbuk: Jika serbuk logam mempunyai lebih daripada 0.1% lembapan, percetakan akan mencipta liang, yang akan menjadikan dimensi tidak stabil. Masukkan serbuk terkumpul dalam ayak 80 mesh dan keringkan dalam ketuhar 80 darjah selama 2 jam.