금속 3D 프린팅 부품의 가공 변형을 방지하는 방법은 무엇입니까?

一, 설계 단계: 응력 시뮬레이션을 이용한 토폴로지 최적화
1. 응력 분포 시뮬레이션 및 구조 재구축
항공우주 산업용 터빈 블레이드를 만드는 회사는 Simufact Additive 소프트웨어를 사용하여 열 기계 커플링 시뮬레이션을 실행했습니다. 그들은 일반적인 설계가 블레이드 루트 전이 영역에 응력 집중을 보인다는 것을 관찰했습니다. 직각 전이를 반경 5mm의 둥근 모서리 전이로 변경하고 응력을 받지 않는 영역을 격자 구조로 채우면 응력 피크가 420MPa에서 280MPa로 낮아지고 인쇄 변형이 62% 감소했습니다. 이 시나리오는 시뮬레이션을 기반으로 한 토폴로지 최적화가 응력이 높은 지점을 미리 찾아내고, 구조를 변경하더라도 응력 분포를 만들 수 있음을 보여줍니다.
2. 지탱하는 구조물의 스마트한 설계
경험적 공식은 전통적인 지지대 설계에 사용되며, 이로 인해 한 영역에 쉽게 열이 축적될 수 있습니다. Manga Technology의 VoxelDance Engineering 소프트웨어는 스캐닝 변형 보정 기술을 사용하여 부품 모양에 맞는 지지 구조를 자동으로 생성합니다. 이 방법은 의료기기 회사에서 인공관절 손잡이를 프린팅할 때 지지체 분포의 밀도를 향상시킵니다. 소결 후 서포트 제거로 인한 표면 손상 깊이를 0.3mm에서 0.05mm로 줄이고 필요한 서포트 재료의 양을 30% 줄였습니다.
3. 사전 변형 보상을 위한 모델 구축-
± 0.02mm 이내의 정확도가 필요한 항공 유압 밸브 본체의 경우 Platinum Technology Company는 '인쇄 스캐닝 보상'이라는 폐쇄{1}}루프 프로세스를 사용합니다. 이 과정에서 원본 모델은 316L 스테인레스 스틸로 인쇄되고 ATOS Triple Scan 3D 스캐너는 실제 변형 데이터를 얻습니다. 그런 다음 이 데이터는 Magics 소프트웨어에서 역방향 사전-변형 모델을 만드는 데 사용됩니다. 두 번의 수정 끝에 부품의 필수 치수 공차는 ±0.15mm에서 항공 표준이 요구하는 ±0.03mm로 바뀌었습니다.
2, 프로세스 단계: 여러 매개변수의 공동 제어
1. 즉석에서 레이저 설정 변경
Huashu High Tech FS200M 장비는 용융 풀의 온도 장을 실시간으로 감시하여 특정 엔진의 연소실을 인쇄하는 동안 레이저 출력과 스캐닝 속도를 동적으로 변경했습니다. 벽 두께 3mm 영역에서는 800W/1200mm/s 매개변수가 사용되었으며, 벽 두께 0.8mm 영역에서는 600W/800mm/s 매개변수가 사용되었습니다. 이러한 파티션 매개변수 조정은 벽이 얇은 부분의 열 입력을 40%, 잔류 응력을 55% 줄입니다.- 또한 0.5mm 캔틸레버 구조의 소결 변형 문제도 해결했습니다.
2. 분말을 놓는 절차 개선
EOS M 400-4 장비는 적응형 파우더 스프레딩 기술을 사용하여 파우더 층 두께가 변형에 미치는 영향을 처리합니다. 이는 지지 영역에서 층 두께를 40μm로 유지하고 자유 형태 표면 영역에서는 이를 25μm로 동적으로 변경합니다.- 테스트 데이터에 따르면 이 접근 방식은 벽이 얇은 부품의 층간 정렬 불량을 0.12mm에서 0.03mm로 줄이고 표면 거칠기 Ra 값을 12.5μm에서 6.3μm로 높입니다.
3. 불활성 가스를 통한 분위기 제어
Platinum BLT-S800 장치는 티타늄 합금 정형외과 임플란트를 프린팅하는 동안 공기 및 습도 수준을 매우 낮게(10% RH 및 50ppm 미만) 유지합니다. 이는 폐쇄-루프 제어 시스템을 사용하여 수행됩니다. 다양한 환경을 비교하는 실험을 통해 분말 산화율을 0.8%에서 0.15%로 낮출 수 있는 것으로 나타났습니다. 이를 통해 레이어 연결을 어렵게 만드는 산화막 문제를 해결하고 부품을 18% 더 강하게 만듭니다.
3,후{1}}처리 단계는 결함이 수정되고 성능이 향상되는 단계입니다.
1. 열간 등압 성형(HIP) 치밀화 처리
특정 항공 엔진 회사에서는 Inconel 718 고온 합금 부품 작업을 위해 QIH-15L 열간 등압 프레스 장비를 사용했습니다. 부품을 1200도/150MPa에서 4시간 동안 유지하면 밀도가 높아지고(99.2%에서 99.98%) 다공성이 줄어듭니다(0.3%에서 0.002%). 가공된 부품의 피로 수명은 3배 이상 길어졌으며, 소결 과정에서 발생한 미세균열 결함도 완전히 사라졌습니다.
2. 경사열처리 공정
316L 스테인리스 스틸 유압 밸브 본체의 경우 3-단계 열처리 공정을 수행합니다. 즉, 550도에서 2시간 동안 응력 제거 어닐링, 1050도에서 1시간 동안 용체화 처리, 480도에서 4시간 동안 시효 처리입니다. 이 절차는 부품을 180HV에서 280HV로 더 단단하게 만들고 잔류 응력을 320MPa에서 80MPa로 낮춥니다. 이는 가공 후 치수 반동 문제를 해결합니다.
3. 지능형 지원 제거 기술
DMG MORI LASERTEC 65 3D 장비에서는 서포트 제거를 위해 5축 연결 머시닝 센터가 사용됩니다. 절삭력은 힘 제어 시스템을 통해 실시간으로 모니터링되고 이송 속도는 자동으로 조정됩니다. 테스트 결과에 따르면 이 기술을 사용하면 지지대 제거가 40% 더 쉬워지고 표면 손상 깊이를 항공 부품이 손상되지 않는 데 필요한 0.02mm 이내로 유지하는 것으로 나타났습니다.