얇은-벽 금속 3D 프린팅 엔진 부품의 왜곡을 방지하는 방법

경량 흡기 구성요소나 벽이 얇은{0}}엔진 하우징을 완성하여 금속 3D 프린팅을 위해 보내면 부품이 0.2~0.3mm 정도 휘어진 중요한 벽으로 돌아옵니다. 더 이상 평평하게 놓이거나 결합 부품과 정렬되지 않습니다. 이는 벽이 얇은 금속 적층 부품에서 정기적으로 발생하며, 특히 잔류 응력이 처음부터 관리되지 않는 경우 더욱 그렇습니다.

왜곡은 신비한 것이 아닙니다. 이는 예측 가능한 열 동작에서 비롯되며 제어도 예측 가능합니다. 다음은 이러한 현상이 발생하는 이유와 얇은 벽 엔진 구성 요소를 사용 가능한 허용 오차 내에서 유지하기 위해 실제로 작동하는 방법에 대한 실제적인 모습입니다.

얇은-벽 금속 부품이 휘어지는 이유

DMLS 또는 SLM에서는 레이저가 소량의 분말을 고온에서 녹인 다음 재료가 매우 빠르게 냉각됩니다. 주변의 분말과 응고된 금속은 훨씬 더 차갑게 유지됩니다. 급격한 온도 차이로 인해 잔류 응력이 발생합니다.

얇은 벽은 강성이 낮고 열이 빠져나가는 경로가 제한되어 있기 때문에 가장 큰 어려움을 겪습니다. 세 가지 문제가 반복적으로 나타납니다.

반복되는 용융-냉각 주기로 인해 잔류 응력이 갇히게 됩니다.

지지대가 너무 약하거나 위치가 잘못되어 부품이 냉각되는 동안 모양이 저절로 변형될 수 있습니다.

열에너지를 빠르게 발산할 수 없는 얇은 부분에 열이 축적됨

이러한 요소가 결합되면 CAD 모델에서 완벽해 보이는 벽이 장착 면이나 씰링 표면이 허용 오차 범위를 벗어나도록 쉽게 이동할 수 있습니다.

먼저 벽면 디자인을 올바르게 시작하세요.
균일한 두께는 두꺼운 것에서 얇은 것으로 갑자기 이동하는 것보다 더 잘 작동합니다. 중요하지 않은 영역에 가벼운 립이나 필렛을 추가하면 중량 목표를 손상시키지 않고 제작 중에 강성이 높아지는 경우가 많습니다. 지원되지 않는 크고 평평한 스팬은 문제가 자주 발생하는 영역입니다.-스팬을 분할하거나 적절하게 지원합니다. 이는 실행 가능한 얇은 벽 금속 3D 프린팅 설계 지침의 기본 사항입니다.

스트레스를 염두에 두고 부품 방향을 정하세요.
임계 얇은 벽의 수직 또는 각진 방향은 일반적으로 어느 순간에든 용융되는 영역을 줄이고 잔류 응력이 집중되는 위치를 변경합니다. 방향은 지지 표시가 있는 표면도 결정하므로 기능적인 면에는 조기 주의가 필요합니다.

지지대를 앵커와 열 경로로 사용
지지대는 단지 부품이 떨어지는 것을 막기 위한 것이 아닙니다. 높은-응력 영역에서는 잡아당기는 힘에 저항하고 열을 전도할 수 있을 만큼 충분한 단면적이-필요합니다. 균일하게 얇은 지지대는 가장 중요한 위치에서 실패하는 경우가 많습니다.

매개변수를 제어하고 가능한 경우 예열을 사용합니다.
특정 합금 및 기계에 대한 안정적이고 검증된 매개변수 세트는 지속적인 수리보다 더 중요합니다. 기판 예열은 용융 풀과 부품의 나머지 부분 사이의 온도 차이를 줄여 잔류 응력을 직접적으로 낮춥니다.

부품이 아직 플레이트 위에 있는 동안 스트레스{0}}완화
이 단일 단계로 후기 단계의 뒤틀림이 크게 발생하는-것을 방지할 수 있습니다. 열처리는 빌드 플레이트가 형상을 유지하는 동안 응력을 완화합니다. 먼저 부품을 자유롭게 절단한 다음 열처리를 하면-기계에서 부품이 괜찮아 보이는 후에 왜곡이 나타나는 일반적인 이유가 됩니다.

Ti-6Al-4V와 같은 티타늄 합금은 많은 강철이나 알루미늄 합금에 비해 열 전도율이 낮습니다. 열이 더 오랫동안 국지적으로 유지되므로 잔류 응력이 더 높아질 수 있습니다. 동일한 제어 방법-사려 깊은 디자인, 방향, 견고한 지지대, 매개변수 규율 및 플레이트 결합 응력 완화가 티타늄 합금 3D 프린팅 의료용 임플란트에 직접 적용됩니다. 이러한 부품은 또한 얇은 벽, 복잡한 격자 및 치수 드리프트를 위한 공간이 전혀 없는 특징을 갖습니다. 얇은 벽 엔진 부품에 대해 얻은 경험은 의료용 임플란트 작업에 잘 적용되며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

금속 3D 프린팅은 거의-순수한 모양을 제공합니다. 일반적으로 밀봉면, 베어링 표면 또는 정밀한 장착 지점에 대한 최종 공차를 제공하지 않습니다. 이러한 기능에는 거의 항상 CNC 가공이 필요합니다. 동일한 하이브리드 접근 방식이 정밀 CNC 가공 의료 제품의 표준입니다. 적층 제조는 복잡한 형상을 생성하고 CNC는 중요한 표면을 사양에 적용합니다. 키 페이스에 적절한 가공 스톡을 사용하여 인쇄된 블랭크를 디자인하면 조합이 효율적이 됩니다.

벽이 얇은 -티타늄 합금 엔진-관련 구성요소 중 하나에서 초기 빌드에서는 지지대 제거 후 장착면에 약 0.25mm의 뒤틀림이 나타났습니다. 영향을 받은 부위의 벽 두께는 1.5mm 미만이었고 원래 방향은 큰 수평 범위를 남겼습니다.

수정된 접근 방식에는 더 균일한 벽 전환, 추가된 국부 강화, 더 나은 빌드 방향, 높은 응력 영역의 더 강력한 지지대, 빌드 플레이트에 부착된 상태에서의 응력 완화, 임계 면의 의도적인 가공 스톡이 포함되었습니다. CNC 마무리 후 장착면이 필요한 공차에 도달했고 부품이 문제 없이 조립되었습니다. 설계, 공정, 열처리, 가공을 별도의 단계가 아닌 하나의 시스템으로 처리함으로써 개선이 이루어졌습니다.

모든 금속 3D 프린팅 제조업체 또는 금속 3D 프린팅 공장이 얇은-벽 작업을 똑같이 잘 처리하는 것은 아닙니다. 유용한 신호는 다음과 같습니다.

얇은 벽 형상과 실제로 사용하는 합금에 대한 실증된 경험-

-사내 또는 밀접하게 연결된 스트레스-완화, 필요할 경우 HIP 기능 및 CNC 마무리

적절한 검사 도구와 잔류{0}}스트레스 영향을 확인하는 습관

일회성-매개변수 추측이 아닌 문서화된 프로세스 제어

품질 저하 없이 프로토타입에서 소규모-배치 또는 도매 맞춤형 금속 3D 프린팅 부품으로 전환할 수 있는 능력-

왜곡 위험과 설계 조정에 대해 초기에 논의하는 상점은 일반적으로 단순히 부품당 가격을 제시하는 상점보다 더 신뢰할 수 있습니다.