Apa kesulitan dalam mengendalikan kesalahan dimensi cetakan pencetakan 3D logam?

1. Perbedaan dimensi akibat penyusutan material dan tekanan termal
Selama proses pencetakan 3D, material logam mengalami perubahan fase padat-cair-padat. Koefisien muai panas dan laju penyusutan merupakan hal utama yang mempengaruhi keakuratan dimensi. Misalnya menggunakan bahan yang sering digunakan:

Baja tahan karat (seperti 316L): Tingkat penyusutan pendinginan kira-kira 4%. Jika koreksi terbalik tidak dilakukan selama tahap pemodelan, cetakan sepanjang 100 mm dapat menyusut hingga 96 mm, yang berada di luar kisaran toleransi ± 0,1 mm.
Paduan titanium (seperti Ti-6Al-4V) menyusut sekitar 2%, namun tekanan termal meningkat lebih cepat, yang dapat dengan mudah menyebabkan lengkungan, terutama pada bangunan dengan dinding tipis atau kantilever.
Terobosan kesulitan: Untuk mencari tingkat penyusutan yang sebenarnya, Anda perlu menggunakan alat rekayasa balik seperti Geomagic Control X. Anda juga perlu menggunakan rumus "ukuran kompensasi=ukuran desain (1-tingkat penyusutan)" selama langkah pemodelan. Misalnya, cetakan yang terbuat dari baja tahan karat harus berukuran 4,2% lebih besar (100 mm → 104,2 mm), dan cetakan yang terbuat dari paduan titanium harus berukuran 2,04% lebih besar (100 mm → 102,04 mm). Teknologi kompensasi terarah juga dapat menangani skenario sulit ketika tingkat penyusutan sumbu Z 10% lebih tinggi dibandingkan sumbu XY dalam prosedur SLM.

2. Peningkatan parameter proses: teknik untuk menyeimbangkan kepadatan energi dan ketebalan lapisan
Agar pencetakan 3D logam menjadi akurat, karakteristik seperti kekuatan laser, kecepatan pemindaian, dan ketebalan lapisan harus dikontrol secara terkoordinasi. Perubahan apa pun pada parameter dapat menyebabkan masalah dimensi.

Kepadatan energi tidak mencukupi: Jika daya laser terlalu rendah atau kecepatan pemindaian terlalu cepat, bubuk tidak akan meleleh seluruhnya, sehingga menimbulkan cacat fusi yang tidak sempurna. Hal ini melemahkan ikatan antar lapisan dan membuat ukuran objek menjadi kurang stabil.
Kepadatan energi tinggi: Jika daya laser berubah lebih dari 5%, kumpulan lelehan terciprat dengan kuat, dan logam cair berubah menjadi partikel bulat pada bubuk yang tidak meleleh. Hal ini membuat permukaan menjadi tidak rata dan mengubah ukurannya.
Memilih ketebalan lapisan: Ketebalan lapisan 0,1 mm dapat membuat segalanya lebih efisien, namun polanya jelas dan kekasaran Ra lebih besar dari 5 μm. Ketebalan lapisan 0,03-0,05mm dapat membuat kekasaran Ra<3 μ m, but it will take more than three times longer to print.
Studi Kasus: Sebuah perusahaan penerbangan menggunakan teknologi SLM untuk mencetak bilah turbin. Mereka menggunakan eksperimen ortogonal untuk menemukan kombinasi parameter terbaik: kekuatan laser 300W, kecepatan pemindaian 1200 mm/s, ketebalan lapisan 0,05 mm, dan jalur pemindaian silang (lapisan yang berdekatan dipindai sepanjang sumbu X/Y). Toleransi dimensi dikelola secara efektif dalam ± 0,05 mm, sesuai dengan standar ruang angkasa.

3. Keakuratan peralatan: mulai dari kalibrasi perangkat keras hingga pengendalian gerakan
Dasar fisik untuk pengendalian ukuran adalah ketepatan peralatan. Untuk mencapai hal ini, tiga area harus bekerja sama untuk ditingkatkan: struktur mekanis, sistem gerak, dan sensor.

Kerataan platform: Jika platform pencetakan tidak rata, ketebalan lapisan mungkin tidak sama, yang mungkin menyebabkan dimensi menjadi "tebal di satu sisi dan tipis di sisi lain". Untuk memastikan bahwa perbedaan pembacaan antara lima titik (empat sudut ditambah pusat) pada platform kurang dari atau sama dengan 0,05 mm, Anda memerlukan dial gauge yang akurat hingga 0,01 mm.
Terdapat ruang antara sekrup utama dan rel pemandu: Jika jaraknya terlalu besar, kepala cetak akan bergerak terlalu jauh. Jika Anda menyuruhnya bergerak 10mm, itu benar-benar akan bergerak 10,02mm. Untuk mengetahui kesalahan jarak lubang, Anda perlu mencetak pelat datar yang banyak lubang kecil (diameter 5 mm dan jarak 20 mm) dan menggunakan alat ukur koordinat. Kemudian, Anda dapat memperbaiki masalah tersebut dengan menggunakan "rasio gigi elektronik" perangkat lunak perangkat.
Kalibrasi diameter titik laser: Jika Anda salah menyetel diameter titik (misalnya, jika sebenarnya 0,1 mm tetapi program menyatakan 0,08 mm), Anda mungkin mengalami "terbakar berlebihan" atau "kurang terbakar". Cetak garis lurus sepanjang 10 mm, lalu ukur lebar sebenarnya dan bandingkan dengan yang tertulis di program. Anda perlu memperbaiki kesalahan jika lebih dari 0,02 mm.
4. Desain struktur pendukung: menemukan keseimbangan yang tepat antara kekuatan dan kemudahan pelepasan
Struktur pendukung bukan sekadar “kerangka” yang menahan model agar tidak berubah bentuk, namun bisa juga menjadi penyebab kesalahan ukuran:

Terlalu banyak ruang antar penyangga: Jika jarak antar penyangga pada bagian yang digantung (seperti kantilever 5 mm) lebih dari 3 mm, item dapat terkulai selama pencetakan, sehingga menyebabkan variasi ukuran.
Sudut penyangga yang curam: Jika sudut antara penyangga dan bagian tersebut kurang dari 45 derajat , melepas penyangga dapat dengan mudah "menarik" dan mengubah bentuk bagian tersebut, terutama jika bagian tersebut-berdinding tipis (ketebalan<2mm).
Tidak cukup kuat di bagian bawah penyangga: Jika diameter bagian bawah penyangga tidak 50% lebih besar dari bagian atas, bagian-bagiannya dapat dengan mudah miring karena tegangan yang tidak merata.
Cara baru untuk menyelesaikan masalah:
Menggunakan metode optimasi topologi untuk membuat struktur pendukung ringan yang kuat namun membutuhkan material lebih sedikit; memerlukan alat canggih seperti pisau pemotong ultrasonik untuk melepaskan penyangga dan menghindari distorsi akibat pukulan palu. Dengan menyempurnakan desain penyangga, salah satu pembuat cetakan untuk mobil mampu meningkatkan toleransi dimensi bagian-berdinding tipis dari ± 0,2 mm menjadi ± 0,08 mm.

5. Pengendalian Lingkungan: Pengaruh Suhu dan Kelembapan yang Tak Terlihat
Orang biasanya tidak memikirkan bagaimana kondisi lingkungan memengaruhi stabilitas dimensi pencetakan 3D logam:

Perubahan suhu: Perubahan suhu bengkel lebih dari 5 derajat (misalnya, 25 derajat pada siang hari dan 18 derajat pada malam hari) dapat membuat peralatan mengembang dan berkontraksi, yang dapat menyebabkan penyimpangan ukuran. Anda perlu memasang AC yang menjaga suhu pada 22 ± 2 derajat.
Penyerapan kelembapan bubuk: Jika bubuk logam memiliki kelembapan lebih dari 0,1%, pencetakan akan menciptakan pori-pori, yang akan membuat dimensi tidak stabil. Masukkan bubuk yang telah diaglomerasi ke dalam saringan 80 mesh dan keringkan dalam oven 80 derajat selama 2 jam.