ความท้าทายและแนวทางแก้ไขในการพิมพ์ชิ้นส่วนโลหะ 3 มิติ

ชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ 3 มิติจำนวนมากจำเป็นต้องได้รับการกลึงเพื่อสร้างพื้นผิวที่แม่นยำอย่างไรก็ตาม ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติมักเป็นชิ้นส่วนที่มีน้ำหนักเบาและมีรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน ซึ่งทำให้เกิดความท้าทายในการตัดเฉือนครั้งต่อไปเมื่อตัดเฉือนชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติ จำเป็นต้องพิจารณาว่าความแข็งของการพิมพ์ 3 มิติตรงตามข้อกำหนดของการตัดเฉือนหรือไม่ วิธียึดชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติที่มีโครงสร้างที่ซับซ้อน และปัญหาต่างๆเราได้หารือเกี่ยวกับความท้าทายและแนวทางแก้ไขในการตัดเฉือนชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ 3 มิติผ่านเคสที่ผู้เชี่ยวชาญด้านการผลิตสารเติมแต่งแบ่งปัน

การพิมพ์ 3 มิติเป็นเทคโนโลยีที่ยืดหยุ่นโดยมีข้อจำกัดในการออกแบบเล็กน้อยด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ นักออกแบบสามารถตระหนักถึงรูปแบบการออกแบบที่ซับซ้อนบางอย่าง เช่น โครงสร้างน้ำหนักเบาและโครงสร้างแบบบูรณาการพร้อมฟังก์ชันแบบบูรณาการอย่างไรก็ตาม ข้อได้เปรียบเหล่านี้ของเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อในบางครั้งอาจลดลงด้วยการพิจารณาความท้าทายที่เกิดจากการตัดเฉือนที่ตามมาหากความท้าทายที่ต้องเผชิญในการตัดเฉือนครั้งต่อๆ มาไม่ได้นำมาพิจารณาอย่างครบถ้วนในการออกแบบเบื้องต้นและการผลิตชิ้นส่วนการผลิตแบบเติมเนื้อ ความสูญเสียอาจเกิดขึ้นเนื่องจากความล้มเหลวในการประมวลผลชิ้นส่วน
ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติมักจะต้องได้รับการกลึงเพื่อให้ได้รูกลมที่แม่นยำและพื้นผิวเรียบและเรียบ จากนั้นจึงประกอบเข้ากับชิ้นส่วนอื่นๆอย่างไรก็ตาม โครงสร้างน้ำหนักเบาที่ซับซ้อนของชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติในบางครั้งไม่สามารถปรับให้เข้ากับกระบวนการแปรรูปได้เนื่องจากความแข็งไม่เพียงพอนอกจากนี้ โครงสร้างที่ซับซ้อนยังเพิ่มความยากในการจับยึดชิ้นงานอย่างปลอดภัยอีกด้วย

ความท้าทายในการตกแต่ง
1. ความแข็งแกร่งของชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติเพียงพอที่จะรับน้ำหนักระหว่างการตัดเฉือนหรือไม่?ชิ้นส่วนเบี่ยงเบนไปจากเครื่องมือและทำให้เกิดการสั่นสะเทือน ซึ่งทำให้เครื่องมือสั่นและนำไปสู่ผลการตัดเฉือนที่ไม่ดีหรือไม่หากความแข็งของชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติไม่เพียงพอที่จะตอบสนองความต้องการของการตัดเฉือน วิธีแก้ปัญหาเหล่านี้สามารถใช้วิธีใดในการแก้ปัญหาเหล่านี้ได้
2. หากแก้ปัญหาเรื่องความฝืดได้แล้ว ความท้าทายต่อไปคือการจัดเรียงเครื่องมือกลชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติอาจมีการเสียรูปบ้างระหว่างการพิมพ์ และไม่มีจุดอ้างที่ชัดเจน ซึ่งหมายความว่าเมื่อตัดเฉือนชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติ จำเป็นต้องค้นหาส่วนที่ "ดี" ของชิ้นส่วนก่อนมันสำคัญมากที่จะต้องได้ตำแหน่ง 5 แกนที่เหมาะสมที่สุดของชิ้นส่วน
Renishaw สำรวจความท้าทายและวิธีแก้ปัญหาที่ต้องเผชิญในการตกแต่งชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติผ่านแกนนำไมโครเวฟที่พิมพ์ด้วยโลหะ 3 มิติตั้งแต่การเตรียมการก่อนการตัดเฉือนจนถึงการเก็บผิวละเอียดชิ้นส่วนขั้นสุดท้าย มีทั้งหมด 9 ขั้นตอน
รูปด้านซ้ายแสดงแกนนำที่ผลิตด้วยแนวคิดการออกแบบดั้งเดิมและวิธีการผลิต ซึ่งประกอบขึ้นจากหลายส่วนรูปด้านขวาแสดงแกนนำที่พิมพ์ 3 มิติ ซึ่งเป็นชิ้นส่วนแบบบูรณาการเมื่อเทียบกับชิ้นส่วนเดิม น้ำหนักจะลดลงครึ่งหนึ่งนี้เป็นส่วนหนึ่งที่ออกแบบมาสำหรับดาวเทียมโทรคมนาคมข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพหลักสำหรับชิ้นส่วนนี้มีน้ำหนักเบา ปรับปรุงประสิทธิภาพการส่งคลื่นไมโครเวฟ และลดข้อกำหนดด้านพื้นที่ของชิ้นส่วนนี้สำหรับการบรรทุกผ่านดาวเทียม

วิธีการแก้
ขั้นตอนที่ 1: สร้างแรงตัดที่ต้องการ
ขั้นแรก ให้ประเมินว่าชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติมีความแข็งเพียงพอที่จำเป็นสำหรับการตัดเฉือนผ่านการทดลองหรือไม่
ข้อมูลไดนาโมแสดงโหลดซ้ำ และจะเห็นได้ว่าแรงพีคมีค่าประมาณสองเท่าของค่ากลางคุณยังสามารถลองตัดที่ระดับความลึกต่างๆ เพื่อดูว่ามีผลต่อน้ำหนักของชิ้นงานอย่างไร
ขั้นตอนที่ 2: จำลองแรงตัด
จากกระบวนการจำลอง พบว่าการประมวลผลขอบหน้าแปลนรอบๆ ส่วนที่ว่างของชิ้นส่วนทำให้เกิดการโก่งตัวอย่างเห็นได้ชัด (มากกว่า 150 μ m) และการวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์ยังแสดงการบิดเบือนที่เห็นได้ชัด ซึ่งอาจนำไปสู่การตัดที่ไม่สม่ำเสมอ
ขั้นตอนที่ 3: การทดสอบการตัดเบื้องต้น
หากดำเนินการตัดเฉือนภายใต้เงื่อนไขข้างต้น ชิ้นส่วนจะเบี่ยงเบนไปจากเครื่องมือและเด้งกลับ ส่งผลให้เกิดการสั่นสะท้านของพื้นผิว การสั่นของเครื่องมือ และปัญหาอื่นๆผลลัพธ์ของปัญหาเหล่านี้คือผิวสำเร็จที่ไม่ดี
วิธีแก้ปัญหาเหล่านี้คือการปรับปรุงความแข็งแกร่งของชิ้นส่วนในกระบวนการตัดมีสองขั้นตอนในการปรับปรุงความแข็ง ขั้นแรกคือการปรับการออกแบบชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติ และอีกขั้นคือการเปลี่ยนโหมดการจับยึดระหว่างการตัดเฉือนอันดับแรก มาทำความเข้าใจวิธีการแก้ปัญหาเหล่านี้โดยการปรับการออกแบบ

ขั้นตอนที่ 4: พบกับความท้าทายของการตัดเฉือนโดยเปลี่ยนการออกแบบชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติ
เป้าหมายของการเปลี่ยนการออกแบบชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติคือการทำให้ชิ้นส่วนมีความแข็งมากขึ้นในกรณีนี้ ผู้ออกแบบได้เพิ่มโครงสร้างรองรับที่เชื่อมต่อส่วนประกอบที่ปลายทั้งสองของชิ้นส่วน เพื่อลดข้อบกพร่องที่พบในการทดสอบการตัด
หรือเพิ่มโครงสร้างโครงถักที่เชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบปลายทั้งสองซึ่งซับซ้อนกว่าข้อเสียของการปรับปรุงความแข็งโดยการปรับรูปแบบการออกแบบคือ การเพิ่มปริมาณการครอบครองโดยชิ้นส่วน ซึ่งอาจส่งผลต่อพื้นที่ที่ส่วนประกอบอื่นๆ ครอบครอง และลดประสิทธิภาพโดยรวมของการออกแบบปัญหาที่น่าสังเกตอีกประการหนึ่งคือในโหมดจับยึดชิ้นงานทั่วไป ชิ้นส่วนหลังการปรับแต่งและการออกแบบมักจะยังไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของการตัดเฉือน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องพิจารณาโหมดการจับยึดของชิ้นส่วนอีกครั้ง

ขั้นตอนที่ 5: พิจารณาวิธีการจับยึดของชิ้นส่วนอีกครั้ง
ในกรณีนี้ วิธีแก้ไขเฉพาะของวิธีการจับยึดซ้ำคือการออกแบบฟิกซ์เจอร์แบบกำหนดเองสำหรับชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติ และผลิตฟิกซ์เจอร์แบบกำหนดเองด้วยอุปกรณ์การพิมพ์ 3 มิติโดยตรง ลดความเสี่ยงของการเสียรูปของชิ้นส่วนและความเสียหายของพื้นผิว ทำให้การพิมพ์ 3 มิติ ส่วนที่ใกล้กับคุณสมบัติการประมวลผลมากขึ้น ลดการโก่งตัวและการสั่นสะท้าน
ขั้นตอนที่ 6: การสร้างแบบจำลองการแข่งขันที่กำหนดเอง
ในระหว่างการวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์ของชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติในฟิกซ์เจอร์ นักออกแบบพบว่าความแข็งสามารถปรับปรุงได้อีกโดยการจับยึดโครงสร้าง "ตรง" ในส่วนนั้นให้ดีขึ้น
ขั้นตอนที่ 7: การเตรียมการตัดเฉือน

หลังจากปรับแต่งการออกแบบชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติและการออกแบบและการผลิตอุปกรณ์จับยึดแบบกำหนดเองเสร็จแล้ว เราสามารถเข้าสู่ขั้นตอนการเตรียมการตัดเฉือนได้
รูปภาพแสดงชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติที่ปรับโทโพโลยีให้เหมาะสมที่สุดซึ่งวัดบนมาตรวัดแบบยืดหยุ่นเพื่อสร้างการจัดตำแหน่งแบบ 5 แกนสำหรับการประมวลผลในภายหลัง
ในกระบวนการนี้ ข้อผิดพลาดเกิดขึ้นเมื่อการเคลื่อนที่เชิงเส้นและการหมุนของเพลาเชิงกลเกินค่าความคลาดเคลื่อนที่จำเป็นในการผลิตชิ้นส่วนที่แม่นยำในกรณีนี้ วิศวกรใช้ Renishaw contact probe and metering software NC Checker เพื่อระบุและตรวจสอบปัญหาเหล่านี้

ขั้นตอนที่ 8: การตั้งค่าชิ้นส่วน
ในการตัดเฉือนแบบทั่วไป ระนาบ Datum มักจะถูกสร้างขึ้นก่อน จากนั้นจึงใช้คุณสมบัติเหล่านี้เพื่อจัดตำแหน่งและจัดตำแหน่งชิ้นส่วนสำหรับการดำเนินการตัดเฉือนในครั้งต่อๆ ไปอย่างไรก็ตาม สำหรับชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติในกรณีนี้ จะไม่ปฏิบัติตามวิธีการทั่วไป เนื่องจากต้องเพิ่มจุดอ้างความแม่นยำในการกลึงขั้นสุดท้ายหลังจากสร้างพื้นผิวอื่นๆ ทั้งหมดแล้ว
ความท้าทายของการตั้งค่าชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติคือการตั้งค่าตามรูปร่างจริงของชิ้นส่วน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการทำความเข้าใจสภาพวัสดุของชิ้นส่วนในทุกพื้นที่ที่มีการวางแผนคุณสมบัติความแม่นยำในการตัด โดยคำนึงถึงค่าเผื่อในการตัดเฉือน การเสียรูปของชิ้นส่วน และปัจจัยอื่นๆในกรณีนี้ นักออกแบบพยายามที่จะทิ้งวัสดุไว้อย่างเพียงพอในสถานที่เหล่านี้ทั้งหมดเพื่อให้ตัดได้อย่างสม่ำเสมอและมีประสิทธิภาพในขั้นตอนนี้ ซอฟต์แวร์โพรบและการวัดแสงยังคงสามารถใช้เพื่อค้นหาการตั้งค่าการตกแต่งที่ "เหมาะสมที่สุด"
อีกวิธีหนึ่งในการตั้งค่าชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติสำหรับการตกแต่งคือการใช้ข้อกำหนดที่ตั้งโปรแกรมได้ของร้านค้าเพื่อวัดชิ้นส่วนและดำเนินการจัดตำแหน่งวิธีนี้เหมาะสำหรับการใช้งานแบบแบตช์ที่ใหญ่ขึ้น

ขั้นตอนที่ 9: การตัดเฉือน
จากการเตรียม 8 ขั้นตอนข้างต้น ส่วนประกอบที่ได้รับจะมีขนาดที่สำคัญภายในช่วงพิกัดความเผื่อและแสดงผิวสำเร็จที่ดีการสั่นสะเทือนและการสึกหรอของเครื่องมือลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับการทดสอบการตัดขั้นต้น
การตัดเฉือนมักเป็นส่วนหนึ่งของห่วงโซ่กระบวนการพิมพ์โลหะ 3 มิติ ซึ่งเป็นกระบวนการที่มีความเสี่ยงและหลีกเลี่ยงไม่ได้หากการตัดเฉือนล้มเหลว ชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติที่มีค่าจะถูกทิ้งหากพิจารณาถึงความท้าทายที่ต้องเผชิญในการตัดเฉือนตั้งแต่เริ่มต้นการออกแบบชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติ ก็จะช่วยลดความเสี่ยงที่จะเกิดความล้มเหลวได้