Upang makamit ang mga layunin ng pagpapabuti ng mga tagapagpahiwatig ng pagganap ng produkto, teknolohikal na pagbabago, pagbabawas ng mga gastos, pagpapaikli ng mga ikot ng pagmamanupaktura, at personalized na pagpapasadya, sa yugtong ito, ang malalim na teknikal na pananaliksik ay isinagawa sa pag-print ng metal 3D laser selective melting (SLM) proseso para sa paggawa ng aluminum alloy (AlSi10Mg) at hindi kinakalawang na asero (316L) na mga bahagi ng materyal. Ang pangunahing pananaliksik ay sa pag-optimize ng proseso ng suporta sa pag-print ng metal na 3D, paggalugad ng teknolohiyang hindi suportado, pananaliksik sa mga mekanikal na katangian ng mga piyesa, at aplikasyon sa mga produktong automotive, at ang aktwal na mga sitwasyon ng aplikasyon nito ay na-explore; batay sa mga resulta ng paggalugad, ang mga detalye ng paggabay sa proseso ng teknolohiyang suporta sa pag-print ng metal na 3D at mga panuntunan sa paggalugad ng proseso ng non-support na teknolohiya ay ibinubuod, at ang mga partikular na halaga na maaaring makamit ng mga mekanikal na katangian ng mga naka-print na bahagi ay buod. Kasabay nito, ang mga sitwasyon ng aplikasyon ng mga bahagi ng automotive ay binuo, at ang metal 3D printing laser selective melting (SLM) na proseso ay ginagamit upang palitan ang kumplikado, mahabang cycle, at mataas na gastos na tradisyonal na mga bahagi ng proseso, na nagbibigay ng isang teoretikal na batayan at praktikal na application case reference para sa karagdagang aplikasyon ng metal 3D printing process technology para sa mga bahagi ng sasakyan.

1 Panimula

Sa pagtaas ng demand para sa mga personalized at customized na mga produktong automotive at ang mga paghihirap ng mahabang cycle ng produksyon at mataas na gastos ng ilang tradisyunal na kumplikadong mga bahagi ng proseso, ang metal 3D printing technology ay sinimulang tuklasin at ilapat sa larangan ng mga piyesa ng sasakyan. Ang teknolohiyang metal 3D printing ay isang makabagong teknolohiya sa additive manufacturing technology. Maraming bansa din ang nagsusumikap para mapaunlad at mailapat ang teknolohiyang ito. Sa kasalukuyan, tinutuklasan din ng larangan ng automotive ang paggamit ng teknolohiyang ito, na binubuksan ang paggalugad at aplikasyon ng maliit na batch, customized at personalized na produksyon ng mga produktong automotive. Kapag gumagamit ng tradisyonal na casting, forging at iba pang mga proseso upang makagawa ng mga blangko, ang mga hulma ay kailangang buksan, na may mahabang cycle, mataas na gastos, mababang kahusayan, at mataas na pagkonsumo ng mapagkukunan. Ang supply chain ay kailangang i-optimize [1]. Ang teknolohiyang metal 3D printing ay may maikling cycle at mababang gastos. Ito ay may malaking kalayaan sa pagproseso ng mga bahagi na may mga libreng hugis at kumplikadong mga tampok. Ito ay batay sa mga digital na modelo at maaaring direktang mag-print ng mga natapos na produkto ayon sa tatlong-dimensional na data. Gumagamit ito ng mga powdered metal pellets bilang hilaw na materyales at nagsasagawa ng layer-by-layer printing at sintering upang bumuo ng mga bahagi. Maaari itong direktang mag-print ng kumplikado at espesyal na hugis na mga bahagi nang hindi nangangailangan ng mga hulma. Tulad ng iba pang mga proseso, ang teknolohiyang metal 3D printing ay may maikling cycle at mababang gastos. Ito ay may malaking kalayaan sa pagproseso ng mga bahagi na may mga libreng hugis at kumplikadong mga tampok. Ito ay batay sa mga digital na modelo at maaaring direktang mag-print ng mga natapos na produkto ayon sa tatlong-dimensional na data. Gumagamit ito ng mga powdered metal pellets bilang hilaw na materyales at nagsasagawa ng layer-by-layer printing at sintering upang bumuo ng mga bahagi. Maaari itong direktang mag-print ng kumplikado at espesyal na hugis na mga bahagi nang hindi nangangailangan ng mga hulma. Ang proseso ng pag-print ay mayroon ding mga limitasyon. Upang maiwasan ang pagpapapangit ng mga bahagi sa panahon ng proseso ng pag-print, kinakailangan upang magdagdag ng mga suporta sa pag-print sa mga bahagi ayon sa aktwal na sitwasyon. Ang mga suporta ay kailangang alisin pagkatapos ng pag-print. Kung mas kaunting mga suporta ang mayroon, mas madaling alisin ang mga suporta sa ibang pagkakataon [2]. Samakatuwid, ang pag-optimize ng disenyo ng suporta at paggalugad ng teknolohiyang walang suporta ay naging direksyon ng teknikal na pag-unlad. Kasabay nito, dahil sa pagkakaiba-iba ng mga materyales sa pag-print at mga proseso ng pag-print, ang mga mekanikal na katangian ng mga naka-print na bahagi ay magkakaiba. Samakatuwid, ang mga conventional parameter powder materials at conventional printing parameters ay ginagamit upang i-print at subukan ang mga part test bar, itatag ang pinakamababang mechanical performance indicators ng aluminum alloy at hindi kinakalawang na asero, at ihambing ang mga mekanikal na katangian sa tradisyonal na mga bahagi ng proseso, at bumuo ng metal 3D printing technology application mga senaryo sa mga bahagi ng automotive.

2 Paggalugad ng metal 3D printing process technology

Sa kasalukuyan, ang teknolohiya ng metal na 3D printing ay patuloy na nagbabago. Para sa teknolohiyang pag-print ng metal na 3D, mayroon itong sariling mga pakinabang at kahirapan. Sa proseso ng selective laser melting (SLM), ang pulbos ng metal ay lokal na natutunaw at pinatitibay kaagad sa ilalim ng pagkilos ng high-energy laser, at ang gradient ng temperatura nito ay napakalaki. Mayroong malaki at kumplikadong panloob na stress sa loob ng workpiece, na magdudulot ng malubhang warping at deformation ng workpiece, na magreresulta sa kawalan ng kakayahang ipagpatuloy ang proseso ng SLM. Upang matiyak na ang workpiece ay maaaring sintered nang maayos, ito ay kinakailangan upang magbigay ng kinakailangang suporta para sa workpiece na sintered. Kasabay nito, sa gilid ng contour ng workpiece, dahil ang labas ng contour ng workpiece ay lahat ng pulbos na may mahinang thermal conductivity, ang proseso ng heat conduction ng molten pool ay naiiba mula sa loob, kaya ang gilid ng workpiece contour sa parehong layer ay mas mataas kaysa sa loob ng workpiece, na bumubuo ng isang contour protrusion; upang harapin ang mga hindi matatag na salik na ito sa nabanggit na proseso ng SLM, ang istraktura ng workpiece ay dapat na makatwirang idinisenyo, at ang isang tiyak na istraktura ng suporta ay dapat idagdag sa workpiece bago ang sintering upang patatagin ang proseso ng sintering. Samakatuwid, ang isang makatwirang scheme ng suporta sa pag-optimize ay ang batayan ng pag-print ng metal na 3D. Ipinakikilala ng papel na ito ang mga pangunahing prinsipyo ng metal 3D printing, pag-optimize ng suporta sa pag-print, at teknolohiyang walang suporta.

2.1 Mga pangunahing prinsipyo ng metal 3D printing

Mayroong 6 na pangunahing working mode ng metal 3D printing: SLM, Electron Beam Melting (EBM), Laser-Engineered NET Shaping (LENS), Binder Jetting (BJ), Double Insulating Wall (DIW), Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM); ang mga pangunahing prinsipyo ng paghubog ng 6 na mode ng pagtatrabaho na ito ay ang mga sumusunod.

2.1.1 Prinsipyo ng proseso ng SLM

Sa pamamagitan ng laser scanning, ang preset na metal powder ay mabilis na natutunaw upang direktang makakuha ng mga bahagi ng anumang hugis, na may density na higit sa 99.9% at isang katumpakan na ±0.05 mm/100 mm (sa loob ng 100 mm ang haba, ±0.05 mm tolerance). Ang light beam ay ibinubuga mula sa laser (Laser), at ang light beam ay makikita sa platform sa pamamagitan ng galvanometer system (XY scanning mirror) para sa layer-by-layer na pagtunaw. Matapos makumpleto ang bawat layer ng pagkatunaw, ang naka-print na bahagi ay ibinababa sa pamamagitan ng layer hanggang sa ang buong bahagi ay nai-print out; maaari itong gumawa ng mga molded na bahagi na may kumplikadong istraktura, metalurhiko na pagbubuklod, siksik na organisasyon, mataas na dimensional na katumpakan at magandang mekanikal na katangian. Ang mga tagapagpahiwatig ng pagganap ng makina ay mas mahusay kaysa sa mga casting, at maaari pa ngang maabot ang antas ng mga forging; sa parehong oras, maaari itong paikliin ang bahagi ng ikot ng produksyon, nang hindi na kailangang buksan ang mga hulma, at bawasan ang mga gastos. Ang partikular na diagram ng prinsipyo ay ipinapakita sa Figure 1.

2.1.2 Prinsipyo ng teknolohiya ng EBM

Ang EBM ay isang powder bed melting technology at kailangang iproseso sa isang protective gas atmosphere na nilikha ng inert gas. Ang mga pangunahing pagkakaiba sa SLM ay ang mga sumusunod (Larawan 2).

a. Iba ang pinagmumulan ng enerhiya. Gumagamit ang EBM ng mga electron na may mataas na enerhiya na nabuo ng mga filament upang matunaw ang pulbos, at medyo mababa ang gastos sa pagpapanatili.

b. Bago ang pagproseso ng EBM, ang bawat layer ng pulbos ay kailangang painitin ayon sa mga katangian ng materyal. Maaaring bawasan ng pag-uugaling ito ang gradient ng temperatura sa panahon ng proseso ng pagmamanupaktura, sa gayon ay binabawasan ang panloob na stress ng mga additively manufactured na bahagi.

2.1.3 Prinsipyo ng Teknolohiya ng LENS

Ang LENS ay isa pang proseso na gumagamit ng mga high-power na laser para sa additive manufacturing (Figure 3). Hindi tulad ng SLM, ang LENS ay gumagamit ng isang inert na daloy ng gas upang himukin ang daloy ng mga hilaw na materyales upang makamit ang paghahatid at pag-iniksyon ng pulbos (ang laki ng butil ng pulbos sa pangkalahatan ay mas malaki kaysa sa mga materyal na SLM). Ang powder injection axis ay kasabay ng axis ng laser. Tinutunaw ng laser ang injected powder sa real time at pinatitibay ito sa substrate. Habang gumagalaw ang substrate o laser head, naisasakatuparan ang tatlong-dimensional na pagmamanupaktura ng bahagi. Ang perpektong punto ng pagkatunaw ay nasa intersection ng laser at ang injected powder, na maaaring direktang mapagtanto ang additive manufacturing ng iba't ibang mga materyales. Ang LENS ay maaari ding mapagtanto ang additive manufacturing ng mga metal wire. Ang natatanging bentahe ng LENS ay maaari itong ayusin ang mga nasirang bahagi o baguhin ang mga bahagi sa umiiral na batayan.

2.1.4 Prinsipyo ng Teknolohiya ng BJ

Ang BJ ay isa pang additive manufacturing technology batay sa powder bed (Figure 4). Sa proseso ng BJ, walang panlabas na mapagkukunan ng init na may mataas na enerhiya ang kinakailangan upang matunaw ang metal na pulbos. Sa halip, ang pulbos ay sina-spray ng angkop na panali sa powder bed upang ang pulbos ay madikit ayon sa tinukoy na morpolohiya at isinalansan na patong-patong upang makamit ang paggawa ng mga tatlong-dimensional na bahagi. Gayunpaman, ang mga bahagi ng metal na ginawa ng BJ ay kailangang degreased at sintered sa mataas na temperatura upang makamit ang inaasahang pagganap. Ang prosesong ito ay magiging sanhi ng laki ng mga bahagi ng metal na direktang nakuha ng pagmamanupaktura ng BJ upang lumiit sa isang tiyak na lawak. Ang isa sa mga natitirang bentahe ng teknolohiya sa pagmamanupaktura ng BJ ay na maaari nitong mapagtanto ang direktang pagmamanupaktura ng mga bahagi ng foam o mga bahagi na may mataas na porosity.

2.1.5 Prinsipyo ng DIW Technology

Ang DIW ay isang additive manufacturing technology na gumagamit ng air pressure para i-extrude ang isang pinaghalong slurry mula sa isang syringe at idineposito ito sa bawat layer sa isang three-dimensional na bahagi ayon sa isang tinukoy na morpolohiya (Figure 5). Ang slurry ay ginawa sa pamamagitan ng paghahalo ng hilaw na materyal na pulbos na may isang binder, solvent o dispersant. Ang kalidad ng mga naka-print na bahagi ay higit na nakasalalay sa mga katangian ng pinaghalong slurry (tulad ng pagkakapareho, lagkit, atbp.). Ang mga bahagi ng metal na direktang nakuha ng pagmamanupaktura ng DIW ay kailangan ding degreased at sintered, at ang mga huling bahagi ng metal ay maaari ding magkaroon ng mataas na porosity.

2.1.6 Prinsipyo ng UAM Technology

Ang paunang materyal ng teknolohiya ng UAM ay metal foil/sheet. Sa ilalim ng pagkilos ng positibong presyon, ang ultrasonic head ay naglalapat ng ultrasonic vibration sa ibabaw ng metal foil upang magdulot ng mabilis na friction sa pagitan ng dalawang layer ng metal foil upang masira ang orihinal na estado ng materyal at makagawa ng metallurgical bonding upang makamit ang interlayer connection. Ang tatlong-dimensional na bahagi ay sa wakas ay ginawa ng layer-by-layer na akumulasyon (Larawan 6). Ang paglalagay ng UAM sa foil/sheet ay nagbibigay ito ng kakaibang kalamangan sa paghahanda ng mga metal laminated parts. Sa kasalukuyan, ito ay inilapat sa paghahanda ng mga bahagi ng istraktura ng pulot-pukyutan at mga bahagi ng istraktura ng sandwich. Ang pagkukulang ng UAM ay hindi ito direktang makakuha ng mga kumplikadong three-dimensional na istruktura. Kinakailangan na alisin ang labis na mga bahagi sa pamamagitan ng mekanikal na pagproseso pagkatapos maproseso ang bawat layer o ang kabuuan. Isa ito sa mga dahilan kung bakit hindi ito malawakang ginagamit.

Kasama ang kasalukuyang paggalugad at aktwal na aplikasyon ng additive manufacturing industry, ang dalawang teknolohiya ng SLM at LENS ay medyo mature. Ang iba pang mga form ng proseso ay kailangang patuloy na galugarin ang mga upgrade ng teknolohiya upang matugunan ang iba't ibang mga form ng proseso at mga kinakailangan sa pagganap. Ang proseso ng pag-print ng metal na 3D na kasalukuyang ginagamit ay SLM selective laser melting. Ang sumusunod na pag-optimize ng istruktura ng suporta at paggalugad ng teknolohiyang walang suporta ay batay sa form ng proseso ng SLM.

2.2 Pag-explore ng Proseso ng Suporta sa Metal 3D Printing

Ang sumusunod na proseso ng paggalugad ng suporta ay batay sa SLM selective laser melting process form, pangunahin na kasama ang support optimization exploration at support-free na paggalugad ng teknolohiya. 2.2.1 Suporta sa Optimization Exploration Ang dahilan kung bakit ang SLM metal 3D printing na proseso ay kailangang magdagdag ng suporta sa panahon ng proseso ng pag-print ay ang sumusunod na dalawang dahilan.

a. Panloob na stress. Sa ilalim ng pagkilos ng high-energy laser, ang metal powder ay natutunaw at nagpapatigas nang lokal at kaagad, at ang gradient ng temperatura nito ay napakalaki. Mayroong malaki at kumplikadong panloob na stress sa loob ng workpiece, na magdudulot ng malubhang warping at deformation ng workpiece.

b. Warping deformation. Sa gilid ng contour ng workpiece, dahil ang labas ng contour ng workpiece ay puro pulbos na may mahinang thermal conductivity, ang proseso ng heat conduction ng molten pool ay iba sa loob. Samakatuwid, ang gilid ng contour ng workpiece sa parehong layer ay mas mataas kaysa sa loob ng workpiece, na bumubuo ng isang contour protrusion. Kasabay nito, sa nasuspinde na istraktura ng workpiece, dahil sa makunat na stress na nabuo ng sintering ng tuktok na layer ng workpiece, ang gilid ng workpiece ay mag-warp paitaas. Habang ang warping ay nag-iipon ng patong-patong, halatang pangkalahatang pagpapapangit ng workpiece ay magaganap (Larawan 7).

Batay sa mga dahilan sa itaas, upang makayanan ang mga kawalan ng katiyakan sa nabanggit na proseso ng pag-print ng SLM, ang istraktura ng workpiece ay dapat na makatwirang idinisenyo, at isang tiyak na istraktura ng suporta ay dapat idagdag sa workpiece bago ang sintering upang patatagin ang proseso ng sintering. Pangunahing ginagampanan ng pagdaragdag ng suporta sa proseso ang mga sumusunod na tungkulin.

a. Pagpadaloy ng init. Kapag sintering ang isang nasuspinde na istraktura, kung ang laser ay direktang nag-scan sa pulbos, ang init ay hindi mawawala sa oras, at ang temperatura ng tinunaw na pool ay magiging masyadong mataas, na madaling kapitan ng spheroidization, oksihenasyon at iba pang mga phenomena. Ang istraktura ng suporta sa ilalim ng nasuspinde na istraktura ay maaaring maglaro ng isang medyo mahusay na papel ng pagpapadaloy ng init, na ginagawang matatag ang proseso ng sintering.

b. Pigilan ang pagpapapangit. Sa panahon ng proseso ng pag-print, isang malaki at kumplikadong panloob na diin ang bubuo sa loob ng workpiece. Karaniwan, ang tuktok na layer ay palaging gumagawa ng isang malaking tensile stress, na kung saan ay ipinahayag bilang ang gilid ng workpiece warping paitaas. Habang nag-iipon ang mga layer, ang deformation ng workpiece ay macroscopically manifested bilang ang pinaka-seryosong gilid warping. Lalo na kapag may nasuspinde na istraktura, mas kitang-kita ang warping na ito. Ang paggawa ng isang istraktura ng suporta sa ilalim ng nasuspinde na istraktura ay maaaring epektibong humawak sa workpiece at labanan ang pag-warping.

c. Pigilan ang nakapirming workpiece mula sa pagkayod ng scraper. Upang matiyak ang maayos na pagproseso ng mga hindi matatag na workpiece (tulad ng mga workpiece na may malaking ratio ng taas-sa-diameter), maaaring gumawa ng karagdagang suporta sa isang gilid ng direksyon ng paggalaw ng scraper ng workpiece.

d. Suportahan ang paghubog ng maliliit na anggulo na ibabaw at mga nasuspinde na ibabaw.

e. Suportahan ang paghubog ng mga pahalang na butas at runner.

Para sa papel ng suporta sa proseso sa itaas, ang sumusunod na dalawang aspeto ay pangunahing ginalugad.

a. Kapag ang iba't ibang diameter na cylindrical na suporta ay stably sintered, ano ang hanay ng taas-sa-diameter ratio, at ang proseso ng pagproseso ay maaaring magpatuloy nang maayos;

b. Makatwirang pag-optimize ng suporta.

2.2.1.1 Pag-explore ng hanay ng ratio ng taas-sa-diameter kapag ang magkaibang diameter na mga cylindrical na suporta ay stably na sintered

Ang katatagan ng suporta ay nangangahulugan na kung ang taas ng isang suporta na may mas maliit na cross-sectional area ay medyo mataas, magkakaroon ng panganib na matamaan at mai-swing ng scraper, at sa gayon ay maaapektuhan ang epekto ng pag-print ng bahagi. Samakatuwid, ang lakas ng suporta at laki ng ibabaw ng suporta ay direktang nakakaapekto sa katatagan ng suporta. Kung mas mataas ang lakas ng suporta, mas maliit ang projection na haba ng support surface sa direksyon ng scraper, at mas malaki ang projection na haba ng support surface sa direksyon na patayo sa scraper, mas mataas ang taas kung saan ang suporta ay maaaring stably sintered . Upang tuklasin ang pinakamataas na taas ng pag-print ng mga cylindrical na suporta sa iba't ibang mga diameter, sampung grupo ng mga cylindrical na suporta na may iba't ibang mga diameter ang inilimbag, at isinagawa ang epekto ng scraper at swing test. Sa wakas, ang aktwal na mga resulta ng pagsubok ay nakuha upang gabayan ang mga susunod na praktikal na aplikasyon. Ang mga partikular na resulta ng pagsusulit ay ipinapakita sa Talahanayan 1.

2.2.1.2 Makatwirang pag-optimize ng suporta

Para sa maximum na taas ng cylindrical na suporta na maaaring stably sintered sa pamamagitan ng aktwal na mga pagsubok sa pag-print, ang ilang mga bahagi ay kailangang idisenyo na may taas ng suporta na mas mataas kaysa sa pinakamataas na taas sa panahon ng aktwal na proseso ng pag-print. Para sa mga ganoong suporta, kung hindi makatwirang na-optimize ang mga ito, ang mga suporta ay mapapawi ng nakabitin na kutsilyo at ang diskarte sa pag-print ay mabibigo. Samakatuwid, ang mga suporta na may aktwal na taas ng suporta na mas mataas kaysa sa pinakamataas na taas ng stable na sintering ay makatwirang na-optimize upang makamit ang layunin ng support reinforcement. Kasabay nito, ang mga nauugnay na parameter ng data sa pag-print ay i-explore upang gabayan ang kasunod na aktwal na produksyon. Ang partikular na proseso ng pag-print ng proseso ng paggalugad ng mga naka-print na bahagi ay ang mga sumusunod.

Ang Figure 8 ay nagpapakita ng isang cylindrical na suporta na may malaking ratio ng taas-sa-diameter. Ang ibabang kanang ibabaw ng itaas na bahagi ng bahagi ay isang suspendido na ibabaw na may maliit na lugar at isang mataas na posisyon. Ang mataas na maliit na suporta sa lugar ay nasa panganib na matumba ng scraper sa panahon ng proseso ng sintering. Sa oras na ito, maaaring gumawa ng conical support structure na may malaking ilalim at maliit na tuktok upang matiyak ang katatagan nito, ngunit ang anggulo sa pagitan ng bevel generatrix ng cone at ground plane ay kailangang tuklasin. Samakatuwid, pagkatapos ng pag-print ng paggalugad sa iba't ibang mga anggulo, kapag ang anggulo sa pagitan ng bevel generatrix at ng ground plane ay mas mababa sa 70°, ang conical support ay maaaring maiwasan ang pagkatumba ng scraper, tulad ng ipinapakita sa Figure 9.

Ang nasa itaas ay ang praktikal na aplikasyon ng dalawang aspeto ng support optimization, na ginagamit upang gabayan ang pag-print. Ang kasunod na proseso ng pag-imprenta ay kailangang patuloy na tuklasin at pag-aralan nang malalim, at marami pa ring mga paghihirap na dapat lutasin.

2.2.2 Paggalugad ng hindi suportadong teknolohiya

Ang isang bentahe ng teknolohiya sa pag-print ng metal na 3D ay na maaari itong mag-print ng mga panloob na channel at panloob na mga butas. Mahirap gumawa ng mga panloob na channel at panloob na butas sa pamamagitan ng tradisyonal na mga proseso. Gayunpaman, ang hindi sinusuportahang nasuspinde na mga butas ay magkakaroon ng mas masamang epekto ng pagsasara habang tumataas ang siwang. Katulad ng mga hindi sinusuportahang istruktura, ang pababang ibabaw ay magsisimulang mag-distort habang tumataas ang lapad ng butas o channel. Sa madaling salita, dahil sa gravity ng tuktok ng pabilog na butas sa istraktura ng pabilog na butas, ang tuktok ay lulubog sa panahon ng proseso ng pag-print, at ang istraktura ng pabilog na butas ay magiging isang elliptical na istraktura. Samakatuwid, mayroong dalawang aspeto upang galugarin ang pag-print ng mga bahagi ng istraktura ng pabilog na butas. Sa isang banda, ang kritikal na halaga ng aperture na hindi nagbabago sa panahon ng proseso ng pag-print ng nasuspinde na butas ay ginalugad; sa kabilang banda, kapag ang laki ng istraktura ng pabilog na butas ng bahagi ay mas malaki kaysa sa kritikal na halaga, ang karaniwang solusyon ay ang disenyo ng pabilog na butas na channel sa isang ellipse, patak ng luha o hugis diyamante. Samakatuwid, ang laki at hugis ng ellipse na tumutugma sa partikular na siwang ng numero ay isa ring aspeto ng paggalugad.

2.2.2.1 Paggalugad ng kritikal na halaga ng suspendido na pag-print ng butas

Una, ang kritikal na halaga ng aperture na nananatiling hindi nagbabago sa panahon ng proseso ng pag-print ng mga nasuspinde na butas ay ginalugad. Sa pamamagitan ng pag-print ng mga pabilog na butas ng iba't ibang diameter ng aluminyo haluang metal (Al-Si10Mg) na materyal, nasusukat ang bilog ng mga pabilog na butas. Ang roundness tolerance ay kwalipikado sa loob ng free tolerance range. Ang isang pangkat ng mga pabilog na butas ng Φ1~Φ10 ay na-print at ang roundness tolerance ay sinusukat. Napagpasyahan na ang pag-ikot sa pagitan ng Φ1~Φ8 ay nakakatugon sa mga kinakailangan sa libreng pagpapaubaya, habang ang pag-ikot ng pagpapaubaya ng mga pabilog na butas na may diameter na higit sa Φ9 ay hindi nakakatugon sa mga kinakailangan sa libreng pagpapaubaya. Samakatuwid, sa aktwal na gawain sa pag-print, ang aperture na mas mababa sa o katumbas ng Φ8 ay hindi kailangang magdagdag ng suporta. Ang pagsukat ng roundness tolerance ay ipinapakita sa Talahanayan 2.

Ang epekto ng pag-print ng kritikal na halaga ng mga nasuspinde na butas ng iba't ibang diameter ay ipinapakita sa Figure 10.

Sa pamamagitan ng aktwal na paggalugad sa pag-print, inirerekomenda na ang diameter ng channel ng daloy ay hindi dapat lumampas sa 8 mm para sa kasunod na produksyon ng pag-print. Kung ito ay lumampas sa 8 mm, ang mga istruktura ng suporta ay kinakailangan upang tumulong sa paghubog. Gayunpaman, ang pag-alis ng suporta sa panloob na daloy ng channel ay isang problema sa proseso. Samakatuwid, kung paano mag-print ng isang panloob na channel ng daloy na may diameter na lampas sa 8 mm nang walang pagdaragdag ng suporta ay kasalukuyang isang kahirapan sa proseso at isang direksyon ng pag-unlad ng teknolohiyang walang suporta.

2.2.2.2 Pag-explore ng hindi sinusuportahang istruktura ng elliptical inner flow channel

Kapag ang inner flow channel na ipi-print ay may butas na diameter na higit sa 8 mm, galugarin ang isang elliptical inner flow channel printing scheme (Figure 11). Piliin ang diameter ng butas ng exploration printing na 10 mm, ilagay ang maikling gilid ng ellipse nang pahalang, itakda ang maikling side size sa 10 mm, at ilagay ang mahabang side size nang patayo. Ang tiyak na sukat ay kailangang tuklasin. Una, ang pangunahing sukat na ginalugad ay 12 mm. Ito ay nadagdagan o nababawasan ayon sa aktwal na sitwasyon sa pag-print. Sa wakas, ang sukat na ginamit upang gabayan ang kasanayan sa engineering ay nakuha. Pagkatapos ng pag-print, sinusukat ang inner hole roundness tolerance. Ang roundness tolerance ay nakakatugon sa libreng tolerance na kinakailangan. Pagkatapos ng pagsubok sa pag-print, kapag ang mahabang bahagi ng ellipse ay 11.4~11.8 mm, ang panloob na butas na roundness tolerance ay maaaring matugunan ang mga kinakailangan, at ang average na halaga ay 11.6 mm, samakatuwid, ang ellipse equation na maaaring gabayan ang kasunod na produksyon ay: tingnan ang formula (1) sa figure

Matapos ang paggalugad ng proseso sa itaas, ito ay ginagamit upang gabayan ang paghahanda ng plano ng proseso ng pag-print para sa kasunod na aktwal na produksyon. Gayunpaman, ang iba't ibang mga sukat ng diameter ng pabilog na butas ay kailangang galugarin pa, at sa wakas ay isang database ang nabuo upang gabayan ang pagsasanay.

3 Mga tagapagpahiwatig ng pagganap ng mga bahagi ng metal na naka-print na 3D

Ang malalim na pagsasaliksik ay isinagawa sa mga mekanikal na katangian ng metal na 3D na naka-print na mga bahagi. Ang pangwakas na layunin ng pag-unlad ng teknolohiyang pag-print ng metal na 3D sa mga bahagi ng automotive ay aplikasyon; sa kasalukuyan, ang mga bahagi ng metal na naka-print na 3D ay pangunahing kinabibilangan ng aluminyo haluang metal (AlSi10Mg) at hindi kinakalawang na asero (316L). Ang mga mekanikal na katangian ng dalawang materyales ay magkakaiba. Samakatuwid, ang mga mekanikal na katangian ng dalawang materyales ay napakahalagang tagapagpahiwatig ng parameter. Ang malalim na paggalugad at pananaliksik ay isinagawa sa mga tagapagpahiwatig ng parameter ng mekanikal na pagganap, antas ng density (antas ng pagtuklas ng kapintasan), pagkamagaspang sa ibabaw, atbp. ng mga bahagi upang magbigay ng sanggunian ng data at suporta para sa aplikasyon ng teknolohiyang pag-print ng metal na 3D sa mga produktong automotive, at bumuo ng mga karaniwang dokumento nang sabay.

3.1 Pagsubok ng mga parameter ng mekanikal na katangian ng mga naka-print na test bar

Ang mga mechanical properties test bar ay naka-print sa 0°, 45°, at 90° ayon sa pagkakabanggit sa pamamagitan ng metal 3D printing process, at aluminum alloy material AlSi10Mg at stainless steel material 316L ay naka-print ayon sa pagkakabanggit. Ang mga mekanikal na katangian ay nasubok sa 0°, 45°, at 90°. Ang pinakamababang halaga ay kinuha bilang karaniwang halaga ng sangguniang numero upang magbigay ng karaniwang suporta sa data para sa aplikasyon ng produktong automotive at pananaliksik at pagpapaunlad ng produktong automotive. Ang mga partikular na resulta ng pagsusulit ay ipinapakita sa Talahanayan 3 at Talahanayan 4.

Ayon sa mga resulta ng pagsubok sa mechanical test bar sa itaas, ang mga konklusyon sa Talahanayan 5 ay nakuha.
Ang partikular na naka-print na test bar ay ipinapakita sa Figure 12.
Ang partikular na metallographic diagram ay ipinapakita sa Figures 13 at 14.

3.2 Mga tagapagpahiwatig ng parameter ng densidad ng bahagi at kalidad ng ibabaw

Sa kasalukuyan, itinatag ng trial production institute ang self-made metal na 3D printing na kakayahan, at nagsagawa ng mga istatistika ng pagsubok para sa lahat ng bahaging na-print. Ang mga istatistika ng pagsubok sa grado ng density at kalidad ng ibabaw ng mga bahaging naka-print na metal na 3D ay ang mga sumusunod.

Ang pagkamagaspang sa ibabaw ng aluminyo haluang metal AlSi10Mg ay Ra6~10 μm, density ay 99.7%, flaw detection level ay 1~2, at ang laki tolerance ay (100 ± 0.10) mm;

Ang pagkamagaspang sa ibabaw ng hindi kinakalawang na asero 316L ay Ra4~8 μm, density ay 99.8%, flaw detection level ay 2~3, at ang laki tolerance ay (100±0.10) mm;

Ang mga parameter sa itaas ay ang mga resulta ng sanggunian ng mga istatistika ng iba't ibang mga parameter ng mga naka-print na bahagi. Ang mga parameter ng index ng pagganap ng mga bahagi ng metal na naka-print na 3D ay patuloy na bubuti sa pagpapabuti ng pagganap ng kagamitan at mga katangian ng materyal. Sa kasalukuyan, ang mga istatistika ay ginawa para sa mga tagapagpahiwatig na maaaring makamit para sa sanggunian ng aplikasyon.

4 Pangkalahatang-ideya ng Metal 3D Printing Application

Ang pangunahing halaga ng metal 3D printing ay nakasalalay sa aplikasyon nito. Ang kasalukuyang teknolohiya ng proseso ng pag-print ng metal na 3D ay maaaring gumawa ng mga kumplikadong bahagi ng istruktura na mahirap kumpletuhin sa mga tradisyonal na proseso, at maaaring makamit ang mga pakinabang tulad ng functional integration, magaan, at topological optimization. Ito ay may mababang gastos, maikling cycle, at hindi nangangailangan ng mga hulma. Ang mga materyales na maaaring i-print ay kinabibilangan ng hindi kinakalawang na asero, nickel-based alloys, aluminum alloys, at iba pang materyales. Ang aluminyo haluang metal AlSi10Mg at hindi kinakalawang na asero 316L ay ang dalawang pinaka-tinatanggap na ginagamit na materyales sa industriya ng automotive. Maraming mga halimbawa ng metal 3D printing na na-print. Ang mas maraming bahaging kinatawan ay ang mga sumusunod.

4.1 hood ng makina

Ang engine hood ay gawa sa AlSi10Mg, na may sukat na 410 mm × 320 mm × 190 mm. Ang maginoo na proseso ng pagmamanupaktura ay paghahagis, na may cycle na 3 buwan at nagkakahalaga ng 800,000 yuan (pagbubukas ng amag). Ang proseso ng pagpi-print ng metal na 3D ay mura at maikli ang ikot; ang katumpakan ng pagmamanupaktura at mga mekanikal na katangian ng mga bahagi ay mas mahusay kaysa sa proseso ng paghahagis; ang trial production cycle ng hood blank ay pinaikli mula 3 buwan hanggang 0.5 buwan, na nakakatipid ng 83% ng trial production cycle; ang mga mekanikal na katangian ng blangko ay mas mahusay kaysa sa mga blangko sa paghahagis, ang dimensional na katumpakan ng blangko ay umabot sa antas ng paghahagis ng CT7, at ang density ay umabot sa 99.7%; ang oras ng pag-print ng blangko ng hood ay 216 na oras, ang mga hilaw na materyales ay nangangailangan ng 15.7 kg, at ang kabuuang halaga ng pag-print ay 115,000 yuan/piece. Ang solusyon na ito ay nakakatipid ng humigit-kumulang 685,000 yuan kumpara sa proseso ng paggawa ng pagsubok sa metal na amag, na nakakatipid ng 85.63% ng gastos. Ang mga naka-print na bahagi ay ipinapakita sa Figure 15.

4.2 Transmission oil shower assembly

Ang transmission oil shower assembly ay isang mahalagang bahagi ng lubrication system sa transmission. Ito ay gawa sa PA66 at may sukat na 210 mm × 80 mm × 80 mm. Ang maginoo na proseso ng pagmamanupaktura ay injection molding. Kabilang dito ang dalawang bahagi, istraktura ng oil shower 1 at istraktura ng shower ng langis 2. Ang dalawang bahagi ay konektado sa kabuuan sa pamamagitan ng isang sealing gasket interference fit. Pagkatapos ng koneksyon, ginagamit ang mga ito bilang isang buo. Ang katumpakan ng pagpupulong ng koneksyon ay mataas upang maiwasan ang pagtagas ng langis na maging sanhi ng pagbaba ng presyon ng shower ng langis. Sa view ng kumplikadong proseso ng pagpupulong ng oil shower structure 1 at oil shower structure 2 at ang mga katangian ng mahabang injection molding cycle at mataas na gastos, ang cycle ay 2.5 buwan at ang gastos ay 300,000 yuan (pagbubukas ng amag); ang proseso ng pag-print ng metal na 3D ay ginagamit upang gawin ang mga bahagi. Para sa dalawang bahagi ng oil shower, ang metal 3D printing integrated process ay ginagamit upang i-print ang dalawang bahagi ng oil shower sa kabuuan, na napagtatanto ang paggalugad ng integrated functional na proseso ng pag-print; ang oras ng pag-print ay 8 oras, ang hilaw na materyal na kinakailangan ay 0.24 kg, at ang kabuuang halaga ng pag-print ay 0.41 10,000 yuan/piraso, ang solusyon na ito ay nakakatipid ng humigit-kumulang 295,900 yuan kumpara sa proseso ng paggawa ng pagsubok sa metal, na nakakatipid ng 98% ng gastos at pagpapaikli ang cycle sa pamamagitan ng 2.4 na buwan.

4.3 Engine single cylinder cylinder head

Ang materyal ng engine single cylinder cylinder head ay AlSi10Mg, na may sukat na 210 mm × 190 mm × 110 mm. Ang maginoo na proseso ng pagmamanupaktura ay paghahagis, na may cycle na 3.5 buwan at nagkakahalaga ng 350,000 yuan (pagbubukas ng amag). Ang proseso ng pagpi-print ng metal na 3D ay mura at maikli ang ikot; ang katumpakan ng pagmamanupaktura at mekanikal na katangian ng mga bahagi ay nakakatugon sa mga kinakailangan sa disenyo; ang cylinder head ng materyal na Al⁃Si10Mg ay ginalugad sa maagang yugto, at ang nag-iisang cylinder cylinder head ng hindi kinakalawang na asero na 316L na materyal ay ginalugad sa pagkakataong ito. Ang blangko na ikot ng produksyon ng pagsubok ay 0.5 buwan, na nakakatipid ng 86% ng ikot ng produksyon ng pagsubok; ang halaga ng pag-print ng blangko ng single cylinder cylinder head ay 41,000 yuan/piece. Pagkatapos ng pagsubok, ang mga blangko na mekanikal na katangian ay mas mahusay kaysa sa blangko ng paghahagis, at ang katumpakan ng laki ng blangko ay umabot sa antas ng paghahagis ng CT7; ang pamamaraang ito ay nakakatipid ng humigit-kumulang 309,000 yuan kumpara sa proseso ng paggawa ng pagsubok sa metal na amag, at ang gastos ay na-save ng 88%. Ang mga partikular na naka-print na bahagi ay ipinapakita sa Figure 17.

4.4 Catalyst intake cone

Ang catalyst intake cone ay may kumplikadong istraktura, na may istraktura ng talim sa dulo, at may sukat na Φ190×170. Mahirap makamit gamit ang tradisyonal na teknolohiya ng paghahagis, na may cycle na dalawang buwan, mataas ang gastos, at nagkakahalaga ng 100,000 yuan. Sa kasalukuyan, ang mga intake cone ng maraming produkto ay ginawa ng metal na 3D printing technology. Gumagamit kami ng high nickel alloy (HX Hastelloy high temperature alloy) na materyal para sa pag-print, na may cycle na 1.5 araw/piraso at nagkakahalaga ng 8,000 yuan/piraso, na nakakatipid ng 57 araw ng cycle at 84,000 yuan sa gastos. Ang mga partikular na naka-print na bahagi ay ipinapakita sa Figure 18.

4.5 Differential oil baffle at oil guide groove

Ang differential oil baffle at oil guide groove ay mahalagang bahagi ng lubrication system sa differential. Ang materyal ay PA66, at ang laki ay humigit-kumulang 140 mm × 70 mm × 30 mm. Ang karaniwang proseso ng pagmamanupaktura ay injection molding, na may cycle na 2 buwan at kabuuang halaga na 150,000 yuan (pagbubukas ng molde) para sa tatlong bahagi. Mahaba ang cycle at mataas ang gastos; samakatuwid, ang proseso ng pag-print ng metal na 3D ay ginagamit para sa paggalugad ng proseso, at ang materyal na aluminyo haluang metal (AlSi10Mg) ay ginagamit para sa pag-print. Ang cycle ay 2 araw at ang gastos ay 6,000 yuan, na nakakatipid ng halos 2 buwan ng cycle at 144,000 yuan ng gastos. Ang lakas ay mas mahusay kaysa sa orihinal na plano ng proseso, at ito ay inilapat sa maliliit na batch. Ang mga partikular na naka-print na bahagi ay ipinapakita sa Mga Figure 19 hanggang 21.

5 konklusyon

Pangunahing kasama sa pag-aaral na ito ang tatlong aspeto: ang pangunahing prinsipyo ng pagtatrabaho ng teknolohiya ng proseso ng pag-print ng metal na 3D at paggalugad ng proseso ng suporta sa pag-print ng metal na 3D, paggalugad ng mga parameter tulad ng index ng pagganap ng makina at density ng mga bahagi ng metal na naka-print na 3D, at aktwal na mga kaso ng aplikasyon sa pag-print; ang tatlong aspetong ito ay nagbibigay ng praktikal na sanggunian at teoretikal na batayan para sa kasunod na produksyon ng pagpi-print ng produkto ng metal 3D, subtractive processing, disenyo ng bahagi at pag-verify ng pagsubok, lalo na ang akumulasyon ng data ng suporta sa proseso ng pag-print ng metal 3D at mekanikal na index ng pagganap ng mga naka-print na bahagi ay mas mahalaga, na nagbibigay ng teoretikal at praktikal na patnubay para sa paggamit ng teknolohiyang ito sa larangan ng automotive. Kasabay nito, ang isang metal 3D printing automotive parts application database ay itatatag sa hinaharap at patuloy na maiipon.

Ang application ng metal 3D printing technology sa larangan ng automotive ay ginalugad at umuunlad sa direksyon ng topological optimization, magaan, functional integration, atbp. mula sa dulo ng disenyo, lalo na sa larangan ng functional integration, na may magagandang prospect; sa kasalukuyan maraming mga kumpanya ng kotse ang gumagamit ng teknolohiyang pag-print ng 3D na metal sa mga yugto ng pagsasaliksik at pagpapaunlad at produksyon ng mga produktong automotive, na ganap na ginagamit ang mga katangian ng teknolohiyang ito upang isulong ang pag-unlad ng teknolohiya ng mga bahagi sa direksyon ng pagpapasadya, pag-personalize, magaan, atbp.

Kailangan pa ring magpatuloy sa paggalugad ng teknolohiyang walang suporta para sa mga bahaging naka-print na 3D na metal. Sa pamamagitan ng pagbuo ng walang suportang teknolohiya sa pag-print, ang metal 3D printing ay maaaring makalusot sa mga kasalukuyang teknikal na bottleneck at ganap na malutas ang problema na ang panloob na suporta sa channel ng daloy ay hindi maalis, nang sa gayon ay mas malawak itong magamit sa mga bahagi ng sasakyan. Ang karagdagang pag-unlad ng teknolohiyang walang suporta at teknolohiya ng pag-optimize ng suporta at ang unti-unting pagpapabuti ng buong industriyal na kadena ay maaaring mapagtanto ang aplikasyon ng teknolohiyang pag-print ng metal na 3D sa mga bahagi ng sasakyan sa hinaharap. Maraming mga bahagi ng produkto na may kumplikadong panloob na mga istruktura ng channel ng daloy ay maaaring patuloy na tuklasin at ilapat, binabawasan ang mga gastos, pinaikli ang mga ikot ng produksyon ng pagsubok, at mas mahusay na pagsuporta sa pananaliksik at pag-unlad ng produkto.