Wiele części metalowych drukowanych w 3D wymaga obróbki mechanicznej, aby uzyskać precyzyjne powierzchnie.Jednak części drukowane w 3D to często lekkie części o skomplikowanych kształtach geometrycznych, co stawia wyzwania w późniejszej obróbce.Podczas obróbki części do druku 3D należy wziąć pod uwagę, czy sztywność druku 3D spełnia wymagania obróbki, jak mocować te części do druku 3D o skomplikowanych strukturach i szereg problemów.Omówiliśmy wyzwania i rozwiązania w obróbce części metalowych drukowanych w 3D w przypadku udostępnionym przez ekspertów ds. wytwarzania przyrostowego.
Druk 3D to elastyczna technologia z kilkoma ograniczeniami projektowymi.Za pomocą technologii druku 3D projektanci mogą realizować złożone schematy projektowe, takie jak lekkie konstrukcje i zintegrowane struktury ze zintegrowanymi funkcjami.Jednak te zalety technologii wytwarzania przyrostowego są czasem osłabiane przez uwzględnienie wyzwań wynikających z późniejszej obróbki.Jeśli wyzwania stojące przed dalszą obróbką nie są w pełni uwzględnione we wstępnym projektowaniu i produkcji części wytwarzanych metodą addytywną, mogą wystąpić straty z powodu niepowodzenia obróbki części.
Części drukowane w 3D zwykle wymagają obróbki mechanicznej w celu uzyskania dokładnych okrągłych otworów oraz gładkich i płaskich powierzchni, a następnie montażu z innymi częściami.Jednak złożona lekka konstrukcja części do druku 3D czasami nie może dostosować się do procesu przetwarzania z powodu niewystarczającej sztywności.Ponadto złożona konstrukcja zwiększa również trudność bezpiecznego mocowania przedmiotu obrabianego.
Wyzwania wykończenia
1. Czy sztywność części drukowanych w 3D jest wystarczająca, aby sprostać obciążeniom ponoszonym podczas obróbki?Czy część odbiega od narzędzia i generuje wibracje, które powodują wibracje narzędzia i prowadzą do słabego efektu obróbki?Jeżeli sztywność części do druku 3D nie jest wystarczająca do spełnienia wymagań obróbki, jakie rozwiązania można zastosować do rozwiązania tych problemów?
2. Jeśli problem sztywności zostanie rozwiązany, kolejnym wyzwaniem jest ustawienie obrabiarki.Części drukowane w 3D mogą mieć pewne odkształcenia podczas drukowania oraz brak wyraźnego punktu odniesienia, co oznacza, że podczas obróbki części drukowanych w 3D należy najpierw znaleźć „dobrą” część części.Bardzo ważne jest uzyskanie optymalnego 5-osiowego wyrównania części.
Firma Renishaw zbadała wyzwania i rozwiązania napotykane przy wykańczaniu części drukowanych w 3D za pomocą metalowego drążka prowadzącego mikrofali drukowanego w 3D.Od przygotowania przed obróbką do końcowego wykończenia części składa się w sumie 9 kroków.
Rysunek po lewej przedstawia drążek prowadzący wyprodukowany według tradycyjnych pomysłów projektowych i metod produkcji, który składa się z kilku części;Po prawej stronie pokazano drążek prowadzący wydrukowany w 3D, który jest integralną częścią.W porównaniu z oryginalną częścią jej waga jest o połowę mniejsza.To część przeznaczona do satelitów telekomunikacyjnych.Główne wymagania dotyczące wydajności tej części to lekkość, poprawiająca wydajność transmisji mikrofalowej i zmniejszająca wymagania przestrzenne tej części dla ładunków satelitarnych.
Rozwiązanie
Krok 1: Ustal pożądaną siłę cięcia
Najpierw oceń, czy części do druku 3D mają wystarczającą sztywność wymaganą do obróbki poprzez eksperymenty.
Dynamo Data pokazuje powtarzające się obciążenie i można zauważyć, że siła szczytowa jest około dwukrotnością wartości średniej.Możesz także spróbować cięcia na różnych głębokościach, aby zobaczyć, jak wpływa to na obciążenie części.
Krok 2: Symulacja siły cięcia
W procesie symulacji stwierdzono, że obróbka krawędzi kołnierza wokół wolnego końca części powoduje oczywiste ugięcie (większe niż 150 μm), a analiza elementów skończonych również wykazuje oczywiste zniekształcenia, które mogą prowadzić do nierównomiernego cięcia.
Krok 3: Wstępny test cięcia
Jeśli obróbka jest wykonywana w powyższych warunkach, części będą odbiegać od narzędzia i odbijać się, powodując drgania powierzchni, drgania narzędzia i inne problemy.Skutkiem tych problemów jest słabe wykończenie powierzchni.
Sposobem na rozwiązanie tych problemów jest poprawa sztywności części w procesie skrawania.Istnieją dwa kroki, aby poprawić sztywność, jeden to dostosowanie projektu części do druku 3D, a drugi to zmiana trybu mocowania podczas obróbki.Najpierw zrozumiemy, jak rozwiązać te problemy, dostosowując projekt.
Krok 4: Sprostaj wyzwaniu obróbki, zmieniając projekt części do druku 3D
Celem zmiany projektu części drukowanych w 3D jest zwiększenie sztywności części.W tym przypadku projektant dodał konstrukcję wsporczą łączącą komponenty na obu końcach części, aby zredukować defekty widoczne w teście cięcia.
Lub dodaj połączoną strukturę kratownicy między dwoma komponentami końcowymi, która jest bardziej złożona.Wadą poprawy sztywności poprzez dostosowanie schematu projektu jest to, że zwiększa objętość zajmowaną przez części, co może wpływać na przestrzeń zajmowaną przez inne komponenty i zmniejszać ogólną wydajność projektu.Innym godnym uwagi problemem jest to, że w konwencjonalnym trybie mocowania przedmiotu obrabianego części po regulacji i konstrukcji często nadal nie są w stanie spełnić wymagań obróbki, dlatego konieczne jest ponowne rozważenie trybu mocowania części.
Krok 5: Rozważ ponownie metodę mocowania części
W tym przypadku specyficznym rozwiązaniem metody ponownego mocowania jest zaprojektowanie niestandardowego uchwytu dla części do druku 3D i bezpośrednie wytworzenie niestandardowego uchwytu za pomocą sprzętu do drukowania 3D, zmniejszając ryzyko deformacji części i uszkodzenia powierzchni, dzięki czemu druk 3D część bliżej cech przetwarzania, zmniejszając ugięcie i wibracje.
Krok 6: Modelowanie dostosowanego osprzętu
Podczas analizy elementów skończonych części wydrukowanych w 3D w oprzyrządowaniu projektant stwierdził, że sztywność można dodatkowo poprawić poprzez lepsze zamocowanie „prostej” struktury w części.
Krok 7: Przygotowanie do obróbki
Po zakończeniu dopracowania projektu części do druku 3D oraz zaprojektowania i wykonania niestandardowego oprzyrządowania, możemy przystąpić do etapu przygotowania obróbki.
Rysunek przedstawia zoptymalizowaną topologię część do druku 3D zmierzoną na elastycznym mierniku w celu wygenerowania 5-osiowego wyrównania do dalszej obróbki.
W tym procesie błędy pojawiają się, gdy ruch liniowy i obrotowy wału mechanicznego przekracza tolerancje wymagane do produkcji dokładnych części.W tym przypadku inżynier użył sondy kontaktowej Renishaw i oprogramowania pomiarowego NC Checker do identyfikacji i monitorowania tych problemów.
Krok 8: Konfiguracja części
W konwencjonalnej obróbce często najpierw tworzone są płaszczyzny odniesienia, a następnie te cechy są wykorzystywane do wyrównania i pozycjonowania części do kolejnych operacji obróbki.Jednak w przypadku części do druku 3D w tym przypadku nie zastosowano metody konwencjonalnej, ponieważ precyzyjne odniesienie musi zostać dodane do końcowej operacji obróbki po wygenerowaniu wszystkich innych powierzchni.
Wyzwaniem przy ustawianiu części do druku 3D jest ustawienie jej zgodnie z rzeczywistym kształtem części, co wiąże się ze zrozumieniem stanu materiału części we wszystkich obszarach, w których planowane jest cięcie cech precyzyjnych, z uwzględnieniem naddatku na obróbkę, deformacji części i inne czynniki.W takim przypadku projektant stara się pozostawić we wszystkich tych miejscach wystarczającą ilość materiału, aby umożliwić spójne i wydajne cięcie.Na tym etapie sonda i oprogramowanie pomiarowe mogą być nadal używane do znalezienia „najlepszego dopasowania” ustawienia wykańczania.
Innym sposobem przygotowania części drukowanej 3D do wykańczania jest użycie programowalnych specyfikacji warsztatowych w celu zmierzenia części i wykonania wyrównania.Ta metoda jest bardziej odpowiednia dla większych aplikacji wsadowych.
Krok 9: Obróbka
Dzięki przygotowaniu powyższych 8 etapów, otrzymane elementy mają krytyczne wymiary w zakresie tolerancji i wykazują dobre wykończenie powierzchni.W porównaniu z wczesnymi testami skrawania drgania i zużycie narzędzia są znacznie zmniejszone.
Obróbka skrawaniem jest zwykle częścią łańcucha procesów drukowania 3D w metalu, który jest również procesem obarczonym ucieczką i ryzykiem.Jeśli obróbka się nie powiedzie, cenna część do druku 3D zostanie złomowana.Jeśli wyzwania stojące przed obróbką można rozważyć na początku projektowania części drukowanych w 3D, pomoże to zmniejszyć ryzyko awarii.