DED и WAAM: 3D-печать металлом для крупных конструкционных деталей
Технологии 3D-печати металлом методами DED и WAAM становятся актуальными, когда заказчику не требуется изготовление мелких детализированных деталей методом PBF. Обычно возникает вопрос, можно ли изготовить крупную конструкционную деталь, выполнить наплавку для ремонта или получить заготовку, близкую к чистовой форме (near-net), с меньшими отходами, меньшим количеством оснастки или большей гибкостью сроков поставки по сравнению с механической обработкой из увеличенной заготовки или литьем новой формы.
Выбор технологического маршрута влияет на коммерческое предложение еще до заказа материала. Крупногабаритная аддитивное производство металлом изменяет подвод тепла, риск деформации, припуски на механическую обработку, доступ для контроля и границы между напечатанной геометрией и готовыми поверхностями. Заказчик должен определить, является ли заказ ремонтом, заготовкой near-net для последующей обработки, прототипом конструкции или мелкосерийной конструкционной деталью.
Компания Neway рассматривает запросы на направленное энергетическое осаждение, WAAM, EBAM и лазерное напыление металлом, разделяя форму наплавленного слоя и приемку готовой детали. Наплавленная деталь обычно не является окончательной геометрией. ЧПУ-обработка, термообработка, финишная обработка поверхности и контроль часто входят в коммерческий объем работ.
Когда крупные детали следует рассматривать вне технологии PBF
Селективное лазерное сплавление (PBF) эффективно для детализированных деталей, внутренних каналов, компактных кронштейнов и элементов с высоким разрешением. Методы DED, WAAM и EBAM рассматриваются по другой причине: наращивание металла в большом рабочем объеме, восстановление изношенных зон, создание заготовок near-net или изготовление конструкций, где удаление поддержек и размер камеры с порошком не являются практическими ограничениями.
Крупные конструкционные детали обычно оцениваются по силовым путям, поведению наплавленного слоя (аналогичному сварке), остаточным напряжениям, доступу для механической обработки и данным контроля. Если деталь представляет собой простую плиту, вал, фланец или блок с жесткими допусками на чистовые размеры, механическая обработка из заготовки на станке с ЧПУ может оставаться более чистым решением. Если деталь имеет крупные добавленные ребра, бобышки, криволинейные наросты или зоны ремонта, при обработке которых теряется много материала заготовки, услуги 3D-печати металлом методом DED заслуживают рассмотрения.
Фраза «3D-печать металлом без поддержек и процесса спекания DED WAAM» часто встречается в поисковых запросах покупателей, поскольку эти маршруты работают не так, как струйная печать связующим или удаление полимерных поддержек. Это не означает, что деталь свободна от необходимости оснастки, деформаций или механической обработки. Это означает, что покупатель должен оценивать осаждение, подвод тепла и финишную обработку как ключевые вопросы.
Еще одним предварительным критерием является то, получает ли деталь реальную выгоду от наплавленного металла. Если покупателю нужен прямоугольный блок с прецизионными элементами на каждой грани, маршрут с наплавлением может добавить работы, а не уменьшить ее. Если покупателю нужна крупная криволинейная заготовка, локальное наращивание, ремонтный припуск или конструкция, при обработке которой удаляется большая часть заготовки, методы DED или WAAM могут стать реалистичным вариантом для сравнения.
DED, WAAM и EBAM решают разные задачи для крупных деталей
Лазерное напыление металлом часто обсуждается, когда необходимо добавить контролируемое наращивание металла, ремонт или элементы near-net к подложке. Аддитивное производство дуговой сваркой проволокой (WAAM) обычно рассматривается для более крупных конструкций и экономики подачи проволоки. Конструкционные компоненты EBAM могут обсуждаться, когда маршрут с использованием электронного луча соответствует материалу, среде построения и размеру детали.
Приведенная ниже таблица является руководством по выбору поставщика, а не универсальным заявлением о возможностях. Окончательный выбор маршрута зависит от доступности материала, размера компонента, детализации элементов, требований к приемке и инженерного анализа.
Маршрут для крупных деталей | Наиболее подходящая задача заказчика | Производственный риск, влияющий на цену | Границы готовой детали |
|---|---|---|---|
DED / LMD | Ремонт, наращивание, добавленные бобышки, элементы near-net или локальное напыление металла. | Зона термического влияния, разбавление с подложкой, стабильность слоев и доступ для головки напыления. | Обычно требует чистовой обработки на станке с ЧПУ сопрягаемых поверхностей, уплотнительных зон, отверстий и базовых площадок. |
WAAM | Крупные конструкционные заготовки, ребра, рамы и мелкосерийные металлические формы, где целесообразна подача проволоки. | Термическая деформация, геометрия валика, фиксация в оснастке и большие припуски на механическую обработку. | Часто рассчитывается как стоимость наплавленной заготовки плюс механическая обработка до выпуска чертежа. |
Рассмотрение маршрута EBAM | Крупные металлические конструкции или компоненты near-net, где может быть применима обработка электронным лучом. | Совместимость материалов, ограничения, связанные с вакуумом, термическая история и доступ для финишной обработки. | Требуется четкое определение механической обработки после напыления, термообработки и данных контроля. |
Форма near-net не означает почти готовую форму
Детали DED и WAAM часто оцениваются как формы near-net (близкие к чистовой). К этому термину следует относиться осторожно. Near-net означает, что маршрут напыления направлен на снижение отходов или создание заготовки, более близкой к окончательной геометрии. Это не означает, что деталь будет соответствовать готовым допускам, чистоте поверхности или требованиям к базам сразу после напыления.
Припуск на механическую обработку является одним из важнейших факторов контроля цены. Крупные наплавленные детали могут перемещаться во время охлаждения, термообработки, снятия напряжений или закрепления. Заказчик должен определить, какие грани являются функциональными, какие являются только поверхностями заготовки, а какие зоны могут оставаться в состоянии после напыления. Без этой информации коммерческое предложение может либо занижать стоимость финишной обработки, либо добавлять ненужную механическую обработку некритичных зон.
Запросы на ремонт (RFQ) требуют определения других границ. Поставщик должен понимать материал базового компонента, зону повреждения, допустимое удаление перед напылением, место наращивания, зону окончательной механической обработки и метод контроля. Наплавка для ремонта без достаточной информации о подложке и стандарте приемки может стать сложной для ответственного ценообразования.
В запросах на новые крупные изделия следует указать, будет ли наплавленная заготовка обрабатываться поставщиком аддитивных услуг, заказчиком или третьей стороной. Если ответственность за механическую обработку разделена, данные интерфейса должны быть четкими: поверхности заготовки, подготовка баз, точки захвата и любые поверхности, к которым нельзя прикасаться после напыления. Это предотвращает ситуацию, когда наплавленная заготовка поступает с недостаточным количеством материала для следующей операции.
Припуски на механическую обработку следует планировать до напыления
Механическая обработка на станках с ЧПУ не является второстепенной задачей для крупных деталей DED или WAAM. План механической обработки влияет на геометрию напыления, стратегию оснастки, припуски на заготовку и последовательность контроля. Базовые площадки, временные выступы, дополнительный припуск на отверстиях и жертвенные поверхности могут потребоваться, чтобы деталь можно было закрепить после напыления и термической обработки.
Элемент или зона | Решение по припуску перед построением | Почему это влияет на цену | Необходимый ввод от заказчика |
|---|---|---|---|
Монтажные поверхности | Добавить припуск для окончательного фрезерования и контроля плоскостности. | Контролирует установку оснастки, время механической обработки и план КИМ. | Схема базирования, примечание о плоскостности и функция сопрягаемой детали. |
Отверстия и посадочные места подшипников | Напылять с уменьшенным размером или оставлять припуск на механическую обработку рядом с элементом. | Геометрия сразу после напыления обычно не является поверхностью приемки. | Допуск диаметра, требование к круглости или позиционированию и метод контроля. |
Зона наплавки для ремонта | Определить глубину удаления, высоту наплавки и зону окончательного сопряжения. | Контролирует объем напыления, подвод тепла и доступ для последующей механической обработки. | Базовый материал, состояние повреждения, пределы ремонта и требование к окончательному контуру. |
Длинные ребра или рамы | Запланировать фиксацию и базовые поверхности для механической обработки. | Термическое перемещение и закрепление могут изменить готовую форму. | Критический силовой путь, некритичные поверхности и допустимая корректировка конструкции. |
Подвод тепла и совместимость материалов определяют риски
Крупноформатная 3D-печать металлом вносит значительную тепловую энергию в заготовку. Это может быть полезно для напыления, но также может вызвать деформацию, остаточные напряжения, металлургические изменения или взаимодействие с подложкой при ремонтных работах. Заказчикам следует избегать рассмотрения DED или WAAM как простой замены механической обработке, если подвод тепла не приемлем для функции детали.
Выбор материала влияет на каждый последующий этап. Маршруты для стали, нержавеющей стали, титана, никелевых сплавов и алюминия могут требовать разного сырья, защиты, предварительного подогрева или межпроходного контроля, снятия напряжений, термообработки и стратегии механической обработки. Если чертеж допускает альтернативные материалы, каждый маршрут должен быть оценен отдельно. Если материал фиксирован, предоставьте точную марку и любой стандарт, предоставленный заказчиком, до оценки запроса (RFQ).
Контроль может включать проверку размеров, визуальный осмотр, документацию на материал, неразрушающий контроль (НК), твердость или специфические для применения доказательства, если это требуется чертежом. Для ответственных конструкций квалификация и ответственность за приемку должны быть определены спецификацией заказчика и инженерным анализом.
Подвод тепла также влияет на рекомендации по проектированию. Длинные неопираемые пролеты, тонкие фланцы, резкие изменения сечения и тяжелое локальное наращивание могут потребовать пересмотра геометрии перед выпуском маршрута. Заказчик может решить добавить временные фиксирующие элементы, разделить построение на другую стратегию заготовки или изменить план финишной обработки так, чтобы наиболее чувствительные размеры создавались после возникновения термических перемещений.
Объем запроса (RFQ) для крупногабаритного аддитивного производства металлом
Для получения надежного коммерческого предложения отправьте данные CAD или STEP, 2D-чертеж, марку материала, целевое количество, указание, является ли запрос новым изделием или ремонтом, размер компонента, зоны напыления, требуемые готовые поверхности, стратегию базирования, ожидания по припускам на механическую обработку, требования к термообработке или снятию напряжений, чистоту поверхности, записи контроля и предполагаемую среду применения. Если запрос касается ремонта, включите состояние базового компонента, запись о материале (если доступна), пределы повреждения и требования к окончательной приемке.
Компания Neway может рассмотреть альтернативы DED, WAAM, EBAM и ЧПУ, когда заказчик четко разделяет требования к наплавленной заготовке и требования к готовой детали. Именно это различие позволяет сделать запрос на крупную конструкционную деталь поддающимся оценке, производственным и контролируемым до выпуска заказа на покупку.
Связанные часто задаваемые вопросы
.webp)
