EN
Сымдық басып шығару металдық 3D-басып шығарудың тиімділігін қалай арттырады
Титаннан жасалған конструкциялық кронштейндерді өндіретін әуе-ғарыш өндірісінің зауыты 45 килограмдық Ti-6Al-4V бөлшегі үшін екі әдісті салыстырды. Ұнтақтық лазерлік DED жүйесі сағатына 0,6 кг жылдамдықпен шашыратып, 60% материалдық пайдалану көрсетті — яғни 45 кг бөлшек алу үшін шамамен 75 кг ұнтақ жұмсалды, ал 30 кг ерітілмеген ұнтақ сеулік арқылы тазартылып, қайта өңделуге тапсырылды. сымды басып шығару DED жүйесі 1,0 кг/сағат жылдамдықпен бірдей геометрияны шамамен 100%-дық материалдың пайдаланылуымен тұндырды — 45,5 кг сымнан 45 кг аяқталған бөлшек алынды. Сымдық әдіс бөлшекті 45 сағатта дайындады, ал бұл уақыт порошктік әдіспен 75 сағатты құрайды; сонымен қатар, тұндырылған металлдың әр килограмы үшін шикізат құны 40% төмен болды.
Сымды басып шығару металл қосылатын өндірісте — доғалы (WAAM), лазерлік немесе плазмалық болса да — процестің негізгі экономикасын өзгертеді. Сым мен порошок арасындағы айырмашылық шикізаттың физикалық пішінінен асып кетеді.
Сымға қарағанда порошок — тиімділік айырмашылығы
Бүрку жылдамдығы
Сым мен порошок арасындағы тұндыру жылдамдығының айырмашылығы физиканың заңдарына негізделген. Порошокпен қоректенетін сымды басып шығару альтернативалық әдіс бор түйіршіктерін газ ағысымен балқыту пулына жеткізеді, мұнда тек балқыту пулының бетіне тиетін түйіршіктер ғана орналасады — қалғандары газ ағысымен алып кетіледі немесе пулды қоршаған қатты материалдан шағылады. Ұнтақпен қоректендірілетін жүйелердің шашырату пайдалылығы әдетте 50–70% аралығында болады, яғни сатып алынған ұнтақтың 30–50%-ы шашыратуға ұшырап, жиналуы, электрлік електен өткізілуі және қайта пайдалануға жарамдылығын тексерілуі қажет.
Сыммен қоректендірілетін жүйелер үздіксіз қатты талшықты тікелей балқыту пулына береді. Сымның әрбір миллиметрі шөгінді металл болып табылады. Шашырату пайдалылығы 100%-ға жақындайды — тек сымды беретін тесіктен балқыту пулына дейінгі сымның аз ғана бөлігі ғана шығынға ұшырайды, ал заманауи сым сымды басып шығару жүйелері синхронды беру басқаруымен осы шығынды да ескерілмейтін деңгейге дейін азайтады.
Жылдамдық айырмашылығы өте маңызды. Лазерлік сым беру лазерлік қуаты тең шарттарда ≥1,0 кг/сағат жылдамдықпен тұнба түсуін қамтамасыз етеді, ал тозаң беру жүйесі шамамен 0,6 кг/сағат тұнба түсіреді — бұл өндірістілікте 40% артықшылық құрайды. Суық металл көшіру (CMT) технологиясын қолданатын доғалық сымдық жүйелер болат пен никель қорытпалары үшін 2–5 кг/сағат тұнба түсу жылдамдығын қамтамасыз етеді; үлкен бөлшектерге арналған жоғары тұнба түсу жылдамдығын қамтамасыз ететін конфигурацияларда бұл көрсеткіш 10 кг/сағатқа дейін көтерілуі мүмкін. Салыстыру үшін ең жоғары тұнба түсу жылдамдығына ие тозаңдық жатықтық біріктіру жүйелері 0,01–0,1 кг/сағат аралығында жұмыс істейді.
Материалдың пайдалануы
Материалдың пайдаланылуындағы айырмашылық тұнба түсу жылдамдығындағы айырмашылықтан да маңыздырақ. Тозаңдық жүйелерде материалдың пайдаланылуы әдетте 60% құрайды — яғни 100 кг сатып алынған тозаңнан 60 кг тұнба түсіріледі. Қалған 40 кг тозаңның бір бөлігі — бұл шашырау (электрлік сеуіп тазалау арқылы қайта қолдануға болады, бірақ бөлшектеп балқу мен тотығу нәтижесінде сапасы төмендейді), бір бөлігі — шашырау (қайта қолдануға келмейді), ал қалғаны — камера қабырғаларына шөккен конденсат.
Сымды басып шығару материалдың пайдалану деңгейі негізінен 100%-ға жетеді. Сымдық шикізат — дайын өнеркәсіптік өнім болып табылады: нақты диаметрлік дәлдікке (±0,01 мм) салынған, құрамы бақыланған, беті таза, сонымен қатар сымды тұрақты түрде беруге кепілдік беретін кристалдану және спираль тәрізділік сипаттамалары бар. Сымның килограмына келетін құны әдетте сәйкес тозаңға қарағанда 40–60% төмен, себебі металды сфералық тозаңға айналдыру және қатаң фракциялық құрамға ие болу энергиялық тұрғыдан өте қымбат процесс болып табылады; осы процесстің нәтижесінде шикізат құнына сымды салуға қарағанда килограмына $15–50 қосылады.
Неге сым ірі, жылдам салынуға мүмкіндік береді
Тозаңды қоректендірудің физикасы тозаңды қосымша өндірістің практикалық өлшем шегін анықтайды. Біртіндеп жоғарылатылатын тұндыру жылдамдығын қамтамасыз ету үшін балқыту аймағының ауданы кеңейеді, сондықтан тозаң ағыны балқыту аймағын біркелкі жабуы керек. Газ ағысының динамикасын бақылау барысында қиындықтар туындайды — балқыту аймағының шетіне жеткен тозаң бөлшектері толық балқымай қалуы мүмкін, ол қосылуға қатыспау ақауларына әкеледі. Сымды қоректендіру осы проблеманы шешеді, себебі сым балқыту аймағына аймақтың өлшеміне қарамастан жалғыз нүктеден енеді, ал балқыту аймағының динамикасы материалды таратады.
Сондықтан қосымша өндірістің ірі масштабты процестері — яғни кез келген өлшемі бір метрден асатын бөлшектер — негізінен сымдық процестерді қолданады. сымды басып шығару WAAM технологиясымен басылған алты метрлік алюминий кеме қанаты коммерциялық тұрғыдан тиімді; сол бөлшек үшін тозаңды төсеу немесе тозаңды DED жүйесін қолдану өте ірі және қымбат болар еді, сонымен қатар тұндыру уақыты күндермен емес, апталармен өлшенер еді.
Килограммға келетін құны
Жоғары шөгу жылдамдығы, жоғары материалдың пайдаланылуы және төмен қоректік шығынның біріктірілген әсері сымды басып шығару титан қорытпалары үшін сым негізіндегі шөгу әдісінің әр килограмына шығыны 150–300 доллар құрайды, ал лазерлік DED әдісінде ұнтақтық негізде 400–800 доллар, ал ұнтақтық жатындық балқыту әдісінде 800–2000+ доллар құрайды. Темір мен никель қорытпалары үшін осы қатынастар ұқсас, бірақ абсолюттік шығындар төмен.
Жиі қойылатын сұрақтар
Сымдық басып шығару ұнтақтық металдық 3D-басып шығаруға қарағанда қанша есе жылдам?
Лазерлік сым беру жылдамдығы — кемінде 1,0 кг/сағ, ал эквивалентті лазерлік ұнтақ беру жылдамдығы — 0,6 кг/сағ, яғни өнімділік артықшылығы 40%. Доғалық сымдық жүйелер (WAAM) темір мен никель қорытпалары үшін 2–5 кг/сағ, ал жоғары шөгу конфигурацияларында — 10 кг/сағ жетеді. Ең жылдам ұнтақтық жатындық балқыту жүйелері 0,01–0,1 кг/сағ жылдамдықпен жұмыс істейді, сондықтан сымдық басып шығару салыстыруға байланысты 10–500 есе жылдам.
Неліктен сымдық басып шығару 100% материалды пайдалануды қамтамасыз етеді?
Сым үздіксіз қатты талшық ретінде балқыту аймағына тікелей беріледі. Сымның әрбір миллиметрі тұнбаға түсетін металл болып табылады. Ұнтақты жүйелерде 30–50% қоректендіруші материал артық шашырау ретінде жоғалады — балқыту аймағына түспейтін және газ ағысымен алып кетілетін бөлшектер. Сымның жоғары дәлдіктегі берілу қабілеті ұнтақты процестерге тән материалдың жоғалуын болдырмаққа мүмкіндік береді.
Сыммен басып шығарылған металл ұнтақпен басып шығарылған немесе дәстүрлі әдіспен жасалған металға қарағанда теңдей беріктікке ие ме?
Иә. Сыммен басып шығару толық тығыз тұнбаларды құрады, олардың механикалық қасиеттері өңделген материалдардың талаптарын қанағаттандырады немесе олардан асады. Inconel 625 үшін сыммен DED компоненттерінің әсер ету шегі 401 МПа, тартылу шегі 724 МПа және созылуы 57% құрайды. DED процестеріндегі тез балқып қату нәтижесінде ірі-ірі түйіршіктері бар микрояқпаның пайда болуы құйма материалдарға қарағанда жиі жоғары, сонымен қатар дәстүрлі соғылған материалдарға теңестіріледі.
Сыммен басып шығару үшін қандай metallарды пайдалануға болады?
Титан қорытпалары (Ti-6Al-4V), никель негізіндегі суперқорытпалар (Inconel 625, 718), коррозияға төзімді болаттар (316L, 17-4PH), алюминий қорытпалары (2319, 4043, 5356), көміртегілі болаттар және кобальт-хром қорытпалары DED-сыныпты сым ретінде коммерциялық түрде қолжетімді. Сым шығаратын зауыттар бұрын көбінесе дәстүрлі пісіру қолданыстарына арналған қорытпаларды өндіретін болса, қазір қосылған өндіріс үшін жылу циклдарына арнайы оптималдаған қорытпа құрамдарын ұсынуда.
Сымдық басып шығарудың беткі өңдеу шектеулері қандай?
Бастапқы қойылған сымдық басып шығару беттерінде сипатты қабаттық мәтін бар, беттің тегіздігі әдетте Ra 10–25 мкм — бұл тозаңды жатықтықта басып шығаруға қарағанда (Ra 5–15 мкм) грубалау, бірақ құмды құймаға теңестіріледі. Функционалды беттер (жұмыс істейтін беттер, тығыздағыш беттер, қосылатын беттер) қажетті дәлдік пен беттің сипаттамасына сай CNC станогында өңделеді. Гибридті қосылған-азайтқыш жүйелері қойылуды және өңдеуді бір орнату кезінде орындайды, қайтадан орналастыруды болдырмау үшін.
Сымдық басып шығару титан сияқты реакциялаушы металдармен қалай жұмыс істейді?
Титан сымын басып шығару үшін инертті атмосфералық қорғау қажет — әдетте жоғары тазалықтағы аргон газы, ол жабық камера ішінде немесе локальды газдық қорғау жүйесі арқылы қамтамасыз етіледі. Сымдық шикізат өзінің пирофорлық қасиеті жоқ, ал титан ұнтағы өрт пен жарылыс қаупін туғызады. Бұл қауіпсіздік артықшылығы мен жоғары материалдың пайдаланылуы титан қосымша өндірісі үшін сымдық шикізатты өнеркәсіптік масштабта қолдануға ыңғайлы етеді.