金属 3D プリント部品の加工変形を回避するにはどうすればよいですか? - 知識

一、設計フェーズ: 応力シミュレーションを使用したトポロジーの最適化
1. 応力分布のシミュレーションと構造の再構築
航空宇宙産業向けのタービンブレードを製造する会社は、Simufact Additive ソフトウェアを使用して熱機械結合シミュレーションを実行しました。彼らは、典型的な設計では翼根の遷移領域に応力集中が見られることを観察しました。直角の遷移を半径 5 mm の丸い角の遷移に変更し、応力がかからない領域を格子構造で埋めることにより、応力ピークが 420MPa から 280MPa に低下し、印刷変形が 62% 減少しました。このシナリオは、シミュレーションに基づいたトポロジの最適化により、高応力箇所を事前に発見し、構造を変更することで応力分布を均一にすることができることを示しています。{7}}
2. 耐久性を維持するスマートな構造設計
従来のサポート設計では経験に基づいた公式が使用されているため、特定の領域に熱が蓄積しやすくなります。マンガテクノロジーの VoxelDance Engineering ソフトウェアは、スキャン変形補正テクノロジーを使用して、部品の形状に適合するサポート構造を自動的に作成します。この方法は、医療機器会社で人工関節ハンドルを印刷する際のサポート分布の密度を向上させます。焼結後にサポートを除去することによって生じる表面損傷の深さが 0.3 mm から 0.05 mm に減少し、必要なサポート材料の量が 30% 削減されます。
3. 事前変形補償のためのモデルの構築-
± 0.02 mm 以内の精度が必要な航空油圧バルブ本体の場合、Platinum Technology Company は「印刷スキャン補正」と呼ばれる閉ループプロセスを使用しています。-このプロセスでは、オリジナルのモデルが 316L ステンレス鋼で印刷され、ATOS Triple Scan 3D スキャナーが実際の変形データを取得します。このデータは、Magics ソフトウェアで逆事前変形モデルを作成するために使用されます。{6}} 2 回の修正を経て、部品の重要な寸法公差は ± 0.15 mm から ± 0.03 mm になり、これは航空規格が要求する値となります。
2、プロセス段階：複数パラメータの協調制御
1. レーザーの設定をその場で変更する
Huashu High Tech FS200M 装置は、溶融池の温度フィールドをリアルタイムで監視することで、特定のエンジンの燃焼室を印刷する際に、レーザー出力とスキャン速度を動的に変更しました。肉厚 3mm の領域では 800W/1200mm/s パラメータが使用され、肉厚 0.8mm の領域では 600W/800mm/s のパラメータが使用されました。この分配パラメータの調整により、薄肉セクションでの入熱が 40%、残留応力が 55% 削減されます。-また、0.5mm カンチレバー構造における焼結変形の問題も解決されます。
2. パウダーを置く手順の改善
EOS M 400-4 装置は、適応型粉末拡散技術を使用して、変形に対する粉末層の厚さの影響に対処します。サポート領域では層の厚さを 40 μ m に維持し、自由形状表面積では 25 μ m に動的に変更します。-。テストデータは、このアプローチにより、薄肉部品の層間の位置ずれが 0.12 mm から 0.03 mm に削減され、表面粗さ Ra 値が 12.5 μ m から 6.3 μ m に上昇することを示しています。
3. 不活性ガスによる雰囲気制御
Platinum BLT- S800 デバイスは、チタン合金の整形外科用インプラントの印刷中、空気と湿度のレベルを非常に低く（相対湿度 10% 未満および 50ppm 未満）に保ちます。これは閉ループ制御システムを使用して行われます。-さまざまな環境を比較した実験により、この環境では粉末の酸化率を 0.8% から 0.15% に下げることができることがわかりました。これにより、酸化膜が層の接続を困難にする問題が解決され、部品の強度が 18% 向上します。
3.後処理段階では、欠陥が修正され、パフォーマンスが向上します。-
1. 熱間静水圧プレス（HIP）緻密化処理
特定の航空エンジン事業では、インコネル 718 高温合金部品の加工に QIH-15L 熱間静水圧プレス装置を採用しました。部品を 1200 度 /150MPa で 4 時間保持すると、部品の密度が高まり (99.2% から 99.98%)、多孔質が減少しました (0.3% から 0.002%)。加工部品の疲労寿命は 3 倍長くなり、焼結プロセス中に形成されたマイクロクラック傷は完全になくなりました。
2. 傾斜熱処理の工程
316L ステンレス鋼の油圧バルブ本体の場合、3 段階の熱処理プロセスを行います。-: 550 度で 2 時間の応力除去焼鈍、1050 度で 1 時間の溶体化処理、480 度で 4 時間の時効処理。この手順により、部品が 180HV から 280HV に硬くなり、残留応力が 320MPa から 80MPa に低下します。これにより、加工後の寸法反発の問題が解決されます。
3. インテリジェントサポートを削除する技術
DMG MORI LASERTEC 65 3D 装置では、サポートの除去に 5 軸リンケージマシニングセンターが使用されます。切削力はフォースコントロールシステムを通じてリアルタイムで監視され、送り速度は自動的に調整されます。この技術により、サポートの取り外しが 40% 簡単になり、表面損傷の深さを 0.02 mm 以内に抑えることがテストで実証されました。これは、航空部品が無傷を保つために必要な深さです。