Улучшаем качество 3D-печати металлом с помощью компьютерной томографии

Выбор правильных технологических параметров для металлических деталей | Ускорение процесса 3D-печати | Результат

Руководитель исследовательских проектов компании Materialise Том Крагс (Tom Craeghs) рассказывает о совместной работе с Volume Graphics, нацеленной на качественное изготовление металлических деталей на 3D-принтере с внедрением компьютерной томографии в аддитивное производство.

Слово «качество» сейчас ключевое для аддитивного производства, и компании вкладывают значительные средства в цифровые решения для повышения качества. За последние несколько лет я видел много успешных решений, как технологических, так и экономических, но любой инженер, занимающийся 3D-печатью металлом на профессиональном уровне, знает, что у нас еще есть что предпринять, чтобы обеспечить качество сложных деталей.

В этой статье я хочу поделиться недавней историей внедрения. Этот проект, который был выполнен Materialise, касается 3D-печати лопастного колеса для машин с турбонаддувом. Турбокомпрессоры обычно используются для повышения эффективности и выходной мощности двигателей внутреннего сгорания (ДВС), например, в автомобилях. Как правило, турбокомпрессор имеет два лопастных колеса, установленных на общем валу: один из них используется в качестве турбины, другой – в качестве компрессора.

Выбор правильных технологических параметров для металлических деталей

Во время работы лопастные колеса вращаются с высокой скоростью и подвергаются воздействию высоких температур; усталость представляет собой реальную проблему. Напечатанная на аддитивной установке конструкция легче, чем ее отлитый аналог, и она позволяет обеспечить более высокую частоту вращения и производительность. Минимизация пористости и достижение точности производства с небольшими геометрическими допусками важны для обеспечения долговременной эксплуатации изготовленных деталей.

КТ помогла добиться плотности 99,9% при моделировании лопастного колеса

При 3D-печати лопастного колеса перед нами стоят две четкие цели:

1. Первая состоит в том, чтобы минимизировать термическую деформацию в процессе печати и обеспечить симметрию детали. Асимметрия лопастного колеса может привести к снижению эффективности в лучшем случае и к катастрофическому ущербу – в худшем.
2. Вторая цель – сохранить низкую пористость. Для лопастного колеса мы стремились обеспечить плотность выше 99,9%. Это особенно важно для более легких конструкций, в которых пористость оказывает большее влияние на усталостный ресурс.

Эксперты iQB Technologies рекомендуют статью: Как снизить вес компонента самолета на треть

Чтобы достичь этих целей применительно к качеству при 3D-печати лопастных колес, мы объединили усилия с Volume Graphics – компанией-разработчиком программного обеспечения для анализа и визуализации данных рентгеновской компьютерной томографии (КТ). КТ – это метод неразрушающей визуализации, который может предоставлять информацию о параметрах измеряемой детали (например, размере, форме, качестве поверхности) и структуре материала (например, пористости, включениях, дефектах). Поэтому КТ идеально подходит для изучения деталей, напечатанных на 3D-принтере. Вместе с Volume Graphics мы исследовали использование КТ для быстрого и надежного определения правильных технологических параметров аддитивного производства. Основываясь на наших выводах, мы разработали специальный рабочий процесс для этой цели.

Ускорение процесса 3D-печати

Рабочий процесс по оптимизации 3D-печати лопастного колеса выглядит следующим образом:

1. Смоделируйте процесс построения с помощью программного модуля Magics Simulation Module.
2. Оптимизируйте ориентацию изделия и расположение поддержек на основе результатов моделирования.
3. Используйте предыдущий опыт для адаптации общего набора технологических параметров (на основе минимизации пористости для простого куба). Выбираются три разных адаптированных набора параметров.
4. Напечатайте лопастное колесо из каждого набора параметров. Отсканируйте лопастные колеса с помощью КТ. Затем используйте программное обеспечение VGSTUDIO MAX от Volume Graphics, чтобы определить отклонения размеров отсканированных деталей от технических расчетов, рассчитать пористость деталей и выявить дефекты.

Оценка размеров отсканированного с помощью КТ компонента подтверждает отклонения размеров, спрогнозированные Magics Simulation Module, и показывает, что симметрия внутри детали была достигнута.

КТ-сканирование и последующий анализ в программном обеспечении VGSTUDIO MAX от Volume Graphics выявляют пористость в лопастном колесе, напечатанном на 3D-принтере

Анализ пористости, выполненный на основании данных КТ-сканирования в VGSTUDIO MAX, показывает, что лучший набор параметров обеспечил частичную пористость 0,09%, что соответствует нашей цели – плотности 99,9%. Когда мы визуализировали пористость в 3D, то обнаружили, что поры небольшие и равномерно распределены внутри детали – лучшая конфигурация для улучшения усталостного ресурса.

Совместное использование Magics Simulation Module и анализа данных КТ-сканирования с помощью VGSTUDIO MAX позволяет нам быстро выбирать параметры печати, которые минимизируют локальную пористость и улучшают качество деталей.

Эксперты iQB Technologies рекомендуют статью: 3 этапа становления 3D-печати и решающая роль программного обеспечения

Результат

Связав данные рентгеновской компьютерной томографии с техническими расчетами и моделированием, мы можем быстро определить наилучшие параметры подготовки файла и напечатать эту сложную деталь на 3D-принтере всего за несколько недель.

Мы удостоверились, что эта деталь была напечатана точно и с минимальной пористостью. Благодаря совместному использованию программного обеспечения от Materialise и Volume Graphics лопастные колеса с большой вероятностью будут работать в течение длительного времени. Изучая инновационные решения, мы постоянно работаем над тем, чтобы пользователи программных решений для 3D-печати получали наилучшее качество на своем производстве.

Материал предоставлен компанией Materialise. Оригинал статьи – по ссылке.

Статья опубликована 08.02.2019 , обновлена 18.04.2022