Инженер открывает новый чертеж: гидравлический корпус, наполненный внутренними масляными каналами, пересекающимися водными каналами и полостями произвольной формы. Программист 5-осей сразу же предупреждает, что фрезерные станки не могут достичь половины функций. Обычное решение проблемы — разделение детали, механическая обработка половин, а затем их сварка или соединение болтами. Этот маршрут увеличивает риск герметизации, дополнительных приспособлений, более длительных сроков поставки и более высоких затрат.
Практический вопрос становится ясным: может лиметаллические 3D-печатные компонентырешить геометрию за одно целое?
Почему сложные внутренние полости по-прежнему представляют собой проблему для многоосевого ЧПУ
Доступность инструментов устанавливает жесткие ограничения. Даже одновременные 5-осевые машины с трудом справляются с глубокими изогнутыми каналами или полностью закрытыми проходами. Как только соотношение глубины-к-диаметру превышает примерно 4:1 или становится меньше прямой-видимости доступа, цеха прибегают к использованию нескольких установок или вторичной электроэрозионной обработки.
Когда чистая механическая обработка не дает результата, конструкторы разделяют деталь. Каждое соединение впоследствии становится потенциальным путем утечки под давлением. Сварка приводит к образованию зон термического-воздействия и остаточных напряжений; последуют проверка и доработка. Для небольших---объемов деталей сложной геометрии эти штрафы быстро делают обычные маршруты дорогими.
Как 3D-печать металлом решает проблему внутренних-полостей
Аддитивные процессы строятся слой за слоем из металлического порошка, поэтому досягаемость инструмента перестает иметь значение. Внутренние каналы практически любой формы-круглые, квадратные, ветвящиеся или конформные-образуются как единое твердое тело.
SLM (селективное лазерное плавление)
Полностью расплавляет порошок и обеспечивает почти-полную плотность, подходящую для функциональных гидравлических деталей. Нерасплавленный порошок внутри каналов действует как временная опора, которую позже удаляют через специальные выпускные отверстия (обычно 3 мм или больше).
Промышленная печать MJF
Лучше всего подходит для высокопроизводительных полимерных прототипов, позволяющих быстро проверять сложные внутренние пути потока. При производстве металлических деталей ведущую роль играют системы SLM или системы струйной обработки металлических связующих-.
Оба подхода открывают возможности проектирования, с которыми ЧПУ не может сравниться: топологические-оптимизированные решетки, снижающие вес, конформные каналы охлаждения, повторяющие контур детали, и гладкие пути прохождения органических потоков, снижающие перепад давления.
Гидравлические коллекторы, для которых раньше требовалось десять или более обработанных деталей, теперь могут стать одним металлическим компонентом, напечатанным на 3D-принтере. Меньшее количество соединений означает меньшее количество точек утечек и более простую сборку.
3D-печать не полностью заменяет ЧПУ-Гибрид побеждает
3D-печать металлом в-изготовленном виде обычно выдерживает±0,1 мми шероховатость поверхности вокругRa 5–15 мкм. Уплотнительные поверхности, прецизионные отверстия и резьбы, требующие более жестких допусков, по-прежнему требуют обработки на станке с ЧПУ.
Кованая заготовка также сохраняет полностью изотропные свойства, необходимые для некоторых применений с большим-циклом. При больших объемах баланс затрат смещается -, как только программы и приспособления оплачены, много-осевой ЧПУ часто становится дешевле для более простых или умеренно сложных форм.
Реалистичный промышленный ответ — гибридное производство. Напечатайте сложную внутреннюю геометрию и корпус произвольной формы, а затем обработайте только критические опорные точки и уплотнительные поверхности. Эта комбинация обеспечивает геометрическую свободу прибавления с точностью субтрактивной работы-и считается одним из лучших процессов для сложных деталей с внутренней полостью партиями от низких-до-средних размеров.
Практические замечания по печати внутренних каналов без опорных конструкций
Проектировщики могут избежать застрявших опор, следуя нескольким повторяемым правилам:
Эти правила превращают вопрос «как печатать внутренние каналы без опорных конструкций» из теоретического вопроса в повторяемый производственный метод.
Пример случая: гибридный маршрут для гидравлического корпуса
Тематическое исследование
Недавний проект, реализованный специализированным производителем 3D-печати металлов, включал в себя гидравлический корпус высокого-давления с множеством пересекающихся масляных каналов и монтажных интерфейсов. Чисто много-осевой ЧПУ потребовал бы трех отдельных деталей, сварки и тщательного тестирования на герметичность-приблизительное время выполнения заказа от шести до восьми недель.
Команда перепроектировала деталь с учетом добавок: самонесущие-каналы, отверстия для выпуска порошка-и дополнительные припуски, оставленные на всех важных сторонах. Корпус был изготовлен компанией SLM из нержавеющей стали,-снят с напряжения, а затем обработан на 5-осном станке только там, где этого требовали допуски.
Время выполнения сократилось доменее двух недель. В цельной-конструкции сварные соединения исключены. Испытания под давлением подтвердили работу-без утечек при рабочем давлении. Для небольшой производственной партии общая стоимость оказалась значительно ниже, чем при изготовлении нескольких деталей на станке с ЧПУ.
Отраслевое направление
Аддитивное производство металлов продолжает увеличивать долю производства деталей, ценность которых заключается во внутренней сложности,-гидравлических блоках, конформно--охлаждаемых инструментальных вставках и легких коллекторах для аэрокосмической отрасли. Сравнение многоосевого ЧПУ и 3D-печати для гидравлических корпусов все больше отдает предпочтение гибридному маршруту, когда геометрия канала является основным фактором затрат.Технология быстрого прототипированияпозволяет командам проверять характеристики текучести полимера (часто с помощью промышленной печати MJF), прежде чем переходить к производству металла. Прогрессивные цеха, которые когда-то работали исключительно как фабрики по механической обработке с ЧПУ с внутренней полостью, теперь регулярно добавляют аддитивные мощности или сотрудничают с производителем 3D-печати металлом, чтобы сохранить доступность обоих вариантов.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Может ли 3D-печать полностью заменить ЧПУ при изготовлении деталей с внутренними полостями?
О: Нет. Он решает недоступные внутренние функции и объединяет сборки, однако критические допуски и обработка поверхности почти всегда требуют обработки на станке с ЧПУ.
Вопрос: Достаточно ли точна печать MJF для функциональных внутренних каналов?
A: Промышленная печать MJFпозволяет получать однородные изотропные полимерные детали и хорошо подходит для технологии быстрого создания прототипов и не-металлических каналов. Для металлических каналов, находящихся под давлением, лучшим выбором остается SLM или струйная обработка металлическим связующим.
Вопрос: Что дешевле: небольшие партии:-3D-печать или многоосевая ЧПУ?
Ответ: Для сложных внутренних полостей 3D-печать металлом или гибридный маршрут обычно обходятся дешевле в количествах от одной до нескольких десятков, поскольку это позволяет избежать риска многократной установки, сварки и брака.
Вопрос: Можно ли впоследствии обработать металлические детали, напечатанные на 3D-принтере, на станке с ЧПУ?
А: Да. Оставление обрабатываемого материала на критических поверхностях является стандартной практикой и обеспечивает точность, необходимую для герметизации и сборки.
Следующий шаг
Если ваш следующий гидравлический корпус, коллектор или деталь полости выводит многоосевой ЧПУ за пределы практических пределов, отправьте чертеж для быстрой проверки технологичности. Специализированный производитель 3D-печати металлом может показать, какой процесс обработки сложных деталей с внутренними полостями в рамках вашего объема и производительности обеспечивает чистая добавка, гибридная добавка-плюс-CNC или традиционная обработка, - регулярно сокращает время выполнения заказа, устраняет точки утечек и снижает общую стоимость по сравнению с традиционными методами разделения-и-сварки.