3D-PRINT

Image Credit: NASA/JPL-Caltech

3D-printing system

3D-printing i metaller er laget enten ved å ha et flatt pulverlag og lokalt smelte materialet med en laser- eller elektronstråle, eller ved å avsette pulver- eller trådmateriale og smelte det tilsatte materialet lokalt med en laser eller elektrisk lysbue. I dette prosjektet brukes pulverlags SLM (SLM, en pulverlags fusionsteknikk) til å produsere komponenter for bedrifter. Det er en moden teknikk («plug and play») og er allerede brukt i produksjon på mange steder. I figuren nedenfor kan man se en skjematisk tegning av SLM-prosessen, samt høyhastighetsfotografier av prosessering (merk at laserlyset er usynlig her).

Prosessen er ikke alltid kalt SLM, siden alle produsenter har sitt eget navn for prosessen. En god video som forklarer hvordan prosessen fungerer, this video.

SLM-systemet som brukes i dette prosjektet ligger i Nivala og drives av Future Manufacturing Technologies (FMT) ved Uleåborgs universitet.

Dette systemet har utskiftbare plattformstørrelser, avhengig av bruksbehov:

  • 280x280x365 mm
  • 50x50x150 mm
  • Høytemperaturs plattform (oppvarming opp til 600 grader)

Direkte Metal Deposisjon (DMD)

Eller DED (Direkte Energi Deposisjon) er et alternativ for SLM når du skriver ut større komponenter. Enten ledning eller pulver kan legges inn i laserstrålen, og det er ikke tvunget til å fungere i et skap. Disse teknikkene har høyere deponeringshastigheter og kan også bygge på allerede eksisterende deler for å legge til funksjoner.

DMPD process.PNG

Materialegenskaper

Det er noen sertifisert materiale (pulver) for SLM-prosessen, hvor noen brukes mer enn andre og til varierende priser. Eksempler er:

  • Al-legeringer
  • Co-legeringer
  • Ni-legeringer
  • Ti-legeringer
  • Verktøy stål
  • Rustfritt stål

Materialegenskapene er ofte veldig gode for 3D-komponentene. Egenskapene er imidlertid også avhengig av en rekke parametere, blant noen er illustrert her:

Material properties

Overflatens grovhet

Overflatenes grovhet er svært avhengig av pulverpartikkelstørrelsen (eller trådbredden), men også orientering av arbeidsstykket og produsert lagtykkelse. I de fleste tilfeller kan overflater være polert (eller sand / glass blåst), men dette er ikke alltid mulig eller ønsket. Kvaliteten på overflaten er jevnere på oversiden (på grunn av smelting), sammenlignet med overheng hvor halvsmeltede pulver partikler smeltes sammen. Detaljert oppløsning er best på vertikale overflater (for eksempel for produksjon av tekst eller strukturert grafikk på komponenten).

FMT har undersøkt bruk av 20μm lagtykkelse i aluminium (AlSi10Mg) for å forbedre overflatekvaliteten (partikkelstørrelse 20-65 μm). For små komponenter er god overflatekvalitet viktig. Tiden på printing er økt, men overflatens grovhet er forbedret, og har mulig Ra på 3,2. På den øvre delen var «hud» best når man hadde 37% laserkraft sammenlignet med lagene under, som også kan forbedres ved å legge til små slip. Mer informasjon finner du i denne rapporten.

For DMD-prosessen er overflaten generelt mer ujevn enn SLM-produserte deler. Derfor er etterbehandling (fresing) enda mer nødvendig hvis toleransen til de produserte komponentene er høye. Til dette formålet er det også hybride tilnærminger, hvor DMD og fresing er kombinert i en maskin for å kunne frese i bestemte områder av komponentene under byggingen (som ellers ville være vanskelig å nå).

Støttestrukturer

Når 3D-printing er nødvendig, behøves støttestrukturer under komponentbehandling. Disse strukturene må fjernes etter behandling og tar opp bruk av materialer og dermed en del av kostnaden for produksjon og legger til etterbehandling av komponenten. Enkelte kunnskaper om prosessen er nødvendig når du designer disse. Mens du beholder mengden støttestruktur lav og gjør det enkelt å fjerne under etterbehandling, har du det fortsatt plassert godt nok til å hindre manglende støtte eller deformasjon av delen. Felles strategier innebærer rotasjon av komponenten og design for å holde overhengene lave og vinklene på arbeidsstykket ved bestemte sidevinkler. I den venstre figuren nedenfor er komponenten vippet for å redusere mengden støtte som trengs, mens prosessinnstillingene for støttestrukturen først var feil, noe som førte til deformasjon av komponenten. I den riktige figuren vurderes vinkler i hele arbeidsstykket, slik at bare en minimal mengde er nødvendig for byggeplaten (alltid nødvendig).

 

Etterbehandling

Foruten de nødvendige sagkomponentene til byggeplaten (også sliping, polering og sandpapirbearbeiding av grunnplaten før neste bygg), finnes det en rekke verktøy for etterbehandling. Avhengig av komponenter, er noen påkrevet, mens noen forblir valgfrie:

  • Fjerning av støttestrukturer
  • Oppvarming av komponenten for å avlaste stress på grunn av de termiske syklusene komponenten har opplevd under produksjon
  • Valgfri overflatebehandling, f.eks.
    • Fresing
    • Sand- eller glassblåsing
    • Hamring
    • Gjenging

Project related results

I tillegg til ovennevnte behandlingsrapporter har grunnleggende prosesskunnskap blitt generert og presentert i disse rapportene:

Dette inkluderer forbedret kunnskap om pulveropptak i DMD-behandling med pulver (DMPD), forbedret prosessstabilitet i DMD-behandling med ledning (DMWD) ved å legge til en laser og strategier for bruk av CYCLAM-prosessen. Utvalgte bilder for disse er vist her:

 

Denne bildekrusellen krever javaskript.

Denne bildekrusellen krever javaskript.

Denne bildekrusellen krever javaskript.

albaramustafa