Nhiều bộ phận kim loại in 3D cần được gia công để tạo ra các bề mặt chính xác.Tuy nhiên, các bộ phận được in 3D thường là các bộ phận nhẹ với hình dạng hình học phức tạp, điều này mang lại thách thức cho quá trình gia công tiếp theo.Khi gia công các chi tiết in 3D, cần xem xét độ cứng của in 3D có đáp ứng được yêu cầu gia công hay không, cách kẹp các chi tiết in 3D này có kết cấu phức tạp hay không, kéo theo hàng loạt vấn đề.Chúng tôi đã thảo luận về những thách thức và giải pháp trong việc gia công các bộ phận kim loại in 3D thông qua một trường hợp được chia sẻ bởi các chuyên gia sản xuất phụ gia.
In 3D là một công nghệ linh hoạt với ít ràng buộc về thiết kế.Với sự trợ giúp của công nghệ in 3D, các nhà thiết kế có thể hiện thực hóa một số phương án thiết kế phức tạp, chẳng hạn như cấu trúc nhẹ và cấu trúc tích hợp với các chức năng tích hợp.Tuy nhiên, những ưu điểm này của công nghệ sản xuất phụ gia đôi khi bị suy yếu do phải tính đến những thách thức phát sinh từ quá trình gia công tiếp theo.Nếu các thách thức gặp phải trong quá trình gia công tiếp theo không được tính đến đầy đủ trong thiết kế ban đầu và chế tạo các bộ phận chế tạo phụ gia, tổn thất có thể xảy ra do lỗi gia công bộ phận.
Các bộ phận in 3D thường cần được gia công để đạt được các lỗ tròn chính xác và bề mặt phẳng và nhẵn, sau đó mới được lắp ráp với các bộ phận khác.Tuy nhiên, cấu trúc nhẹ phức tạp của các bộ phận in 3D đôi khi không thể thích ứng với quá trình xử lý do không đủ độ cứng.Ngoài ra, kết cấu phức tạp cũng làm tăng độ khó kẹp phôi một cách an toàn.
Những thách thức về hoàn thiện
1. Độ cứng của các bộ phận được in 3D có đủ đáp ứng tải trọng sinh ra trong quá trình gia công không?Chi tiết bị lệch khỏi dao và sinh ra dao động làm cho dao bị rung và dẫn đến hiệu quả gia công kém?Nếu độ cứng của các bộ phận in 3D không đủ để đáp ứng yêu cầu gia công, những giải pháp nào có thể được sử dụng để giải quyết những vấn đề này?
2. Nếu vấn đề về độ cứng được giải quyết, thách thức tiếp theo là làm thế nào để căn chỉnh máy công cụ.Các bộ phận được in 3D có thể có một số biến dạng trong quá trình in và thiếu dữ liệu rõ ràng, có nghĩa là khi gia công các bộ phận được in 3D, trước tiên cần phải tìm phần "tốt" của các bộ phận.Điều rất quan trọng là đạt được sự liên kết 5 trục tối ưu của bộ phận.
Renishaw đã khám phá những thách thức và giải pháp phải đối mặt trong quá trình hoàn thiện các bộ phận in 3D thông qua một thanh dẫn hướng vi sóng in 3D bằng kim loại.Từ khâu chuẩn bị trước khi gia công đến khâu hoàn thiện cuối cùng của các bộ phận, có tổng cộng 9 bước.
Hình bên trái cho thấy thanh dẫn hướng được sản xuất theo ý tưởng thiết kế và phương pháp chế tạo truyền thống, được lắp ráp từ nhiều bộ phận;Hình bên phải cho thấy thanh dẫn hướng được in 3D, là một bộ phận tích hợp.So với phần ban đầu, trọng lượng của nó giảm đi một nửa.Đây là một bộ phận được thiết kế cho các vệ tinh viễn thông.Các yêu cầu về hiệu suất chính đối với bộ phận này là nhẹ, cải thiện hiệu quả truyền dẫn vi sóng và giảm yêu cầu về không gian của bộ phận này đối với tải trọng vệ tinh.
Dung dịch
Bước 1: Thiết lập lực cắt mong muốn
Đầu tiên, đánh giá xem các bộ phận in 3D có đủ độ cứng theo yêu cầu của quá trình gia công hay không thông qua các thí nghiệm.
Dynamo Data hiển thị tải lặp lại và có thể thấy rằng lực đỉnh khoảng gấp đôi giá trị giữa.Bạn cũng có thể thử cắt ở các độ sâu khác nhau để xem nó ảnh hưởng như thế nào đến tải trọng trên bộ phận.
Bước 2: Mô phỏng lực cắt
Qua quá trình mô phỏng, người ta thấy rằng quá trình gia công mép bích xung quanh đầu tự do của chi tiết gây ra độ võng rõ ràng (lớn hơn 150 μ m), và phân tích phần tử hữu hạn cũng cho thấy sự biến dạng rõ ràng, có thể dẫn đến cắt không đồng đều.
Bước 3: Kiểm tra cắt ban đầu
Nếu gia công được thực hiện trong các điều kiện trên, các chi tiết sẽ bị lệch khỏi dụng cụ và bật lại, dẫn đến rung bề mặt, rung dao và các vấn đề khác.Kết quả của những vấn đề này là bề mặt hoàn thiện kém.
Cách giải quyết những vấn đề này là cải thiện độ cứng của các chi tiết trong quá trình cắt.Có hai bước để cải thiện độ cứng, một là điều chỉnh thiết kế của các bộ phận in 3D, hai là thay đổi chế độ kẹp trong quá trình gia công.Đầu tiên, chúng ta hãy hiểu cách giải quyết những vấn đề này bằng cách điều chỉnh thiết kế.
Bước 4: Đáp ứng thách thức gia công bằng cách thay đổi thiết kế của các bộ phận in 3D
Mục tiêu của việc thay đổi thiết kế của các bộ phận được in 3D là làm cho các bộ phận trở nên cứng cáp hơn.Trong trường hợp này, nhà thiết kế đã thêm một cấu trúc hỗ trợ kết nối các thành phần ở cả hai đầu của các bộ phận để giảm các khuyết tật nhìn thấy trong thử nghiệm cắt.
Hoặc thêm một cấu trúc giàn được kết nối giữa hai thành phần cuối, phức tạp hơn.Nhược điểm của việc cải thiện độ cứng bằng cách điều chỉnh sơ đồ thiết kế là nó làm tăng thể tích chiếm dụng của các bộ phận, điều này có thể ảnh hưởng đến không gian bị chiếm dụng bởi các bộ phận khác và làm giảm hiệu quả tổng thể của thiết kế.Một vấn đề đáng lưu ý nữa là ở chế độ kẹp phôi thông thường, các chi tiết sau khi điều chỉnh, thiết kế thường vẫn không đạt yêu cầu gia công, vì vậy cần xem xét lại chế độ kẹp chặt của chi tiết.
Bước 5: Xem xét lại phương pháp kẹp các bộ phận
Trong trường hợp này, giải pháp cụ thể của phương pháp kẹp lại là thiết kế một vật cố định tùy chỉnh cho phần in 3D và trực tiếp sản xuất vật cố định tùy chỉnh bằng thiết bị in 3D, giảm nguy cơ biến dạng phần và hư hỏng bề mặt, tạo ra việc in 3D một phần gần hơn với các tính năng xử lý, giảm độ lệch và độ rung.
Bước 6: Lập mô hình vật cố định tùy chỉnh
Trong quá trình phân tích phần tử hữu hạn của các bộ phận được in 3D trong vật cố định, nhà thiết kế nhận thấy rằng độ cứng có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách kẹp chặt cấu trúc "thẳng" trong bộ phận đó tốt hơn.
Bước 7: Chuẩn bị gia công
Sau khi hoàn thành việc điều chỉnh thiết kế của các bộ phận in 3D và thiết kế và sản xuất đồ đạc theo yêu cầu, chúng ta có thể bước vào giai đoạn chuẩn bị gia công.
Hình cho thấy phần in 3D được tối ưu hóa cấu trúc liên kết được đo trên máy đo linh hoạt để tạo ra sự liên kết 5 trục cho quá trình xử lý tiếp theo.
Trong quá trình này, lỗi xảy ra khi chuyển động thẳng và quay của trục cơ vượt quá dung sai cần thiết để chế tạo các bộ phận chính xác.Trong trường hợp này, kỹ sư đã sử dụng đầu dò tiếp xúc Renishaw và phần mềm đo lường NC Checker để xác định và theo dõi các vấn đề này.
Bước 8: Thiết lập phần
Trong gia công thông thường, các mặt phẳng datum thường được tạo ra trước, sau đó các tính năng này được sử dụng để căn chỉnh và định vị các bộ phận cho các hoạt động gia công tiếp theo.Tuy nhiên, đối với phần in 3D trong trường hợp này, phương pháp thông thường đã không được tuân theo, vì dữ liệu chính xác phải được thêm vào hoạt động gia công cuối cùng sau khi tạo ra tất cả các bề mặt khác.
Thách thức của thiết lập bộ phận in 3D là đặt nó theo hình dạng thực tế của bộ phận, liên quan đến việc hiểu điều kiện vật chất của bộ phận trong tất cả các khu vực mà các tính năng chính xác được lên kế hoạch cắt, có tính đến gia công cho phép, biến dạng bộ phận và các yếu tố khác.Trong trường hợp này, nhà thiết kế tìm cách để lại đủ vật liệu ở tất cả các vị trí này để cho phép cắt phù hợp và hiệu quả.Trong bước này, đầu dò và phần mềm đo sáng vẫn có thể được sử dụng để tìm cài đặt hoàn thiện "phù hợp nhất".
Một cách khác để thiết lập một bộ phận được in 3D để hoàn thiện là sử dụng các thông số kỹ thuật có thể lập trình của cửa hàng để đo bộ phận đó và thực hiện căn chỉnh.Phương pháp này phù hợp hơn cho các ứng dụng hàng loạt lớn hơn.
Bước 9: Gia công
Thông qua việc chuẩn bị 8 bước trên, các thành phần thu được có kích thước quan trọng trong phạm vi dung sai và cho thấy bề mặt hoàn thiện tốt.So với các thử nghiệm cắt ban đầu, độ rung và mài mòn của dụng cụ giảm đáng kể.
Gia công thường là một phần của dây chuyền quá trình in 3D kim loại, đây cũng là một quá trình có sự bay bổng và rủi ro.Nếu việc gia công không thành công, một phần in 3D có giá trị sẽ bị loại bỏ.Nếu những thách thức phải đối mặt trong quá trình gia công có thể được xem xét khi bắt đầu thiết kế các bộ phận in 3D, nó sẽ giúp giảm nguy cơ hỏng hóc.
