Прецизионное аддитивное производство из металла: руководство по рискам допусков
При расчете стоимости прецизионного аддитивного производства из металла следует исходить из размеров, контролирующих функциональность, а не из предположения, что каждая деталь будет иметь жесткий допуск сразу после печати. Печатная металлическая заготовка может быть хорошим решением для сложной геометрии, но посадочные места подшипников, резьба, плоские уплотнительные поверхности, базовые площадки и позиционные интерфейсы часто требуют обработки на станках с ЧПУ, электроэрозионной обработки (EDM) или определенного этапа контроля.
Этот обзор допусков предназначен для заказчиков, отправляющих заказы на изготовление индивидуальных металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере, где готовая деталь должна собираться, обеспечивать герметичность, вращаться, позиционироваться или проходить контроль на координатно-измерительной машине (КИМ). Риск заключается не только в точности построения. Ориентация построения, деформация от поддержек, перемещение при термообработке, перемещение при HIP (горячем изостатическом прессовании), припуск на механическую обработку, стратегия базирования и доступ для контроля — все это может изменить границы итогового допуска.
Компания Neway рассматривает запросы коммерческих предложений (RFQ) на прецизионные детали, разделяя характеристики «как напечатано» и характеристики готовой детали. Если на чертеже не указаны размеры, критически важные для функции, коммерческое предложение может недооценивать риски механической обработки, EDM, контроля или доработки. Четкий чертеж помогает решить, какие размеры могут оставаться напечатанными, а какие должны быть обработаны после постобработки.
Точность «как напечатано» не является окончательным допуском
Печать металла методом селективного лазерного сплавления порошков создает деталь, близкую к чистовой (near-net). Она автоматически не создает готовый прецизионный компонент. Поверхности «как напечатано» зависят от направления слоев, термической истории, контакта с поддержками, удаления порошка, текстуры поверхности и размера локальных элементов. Заказчик должен ожидать различных уровней контроля для внешних стенок, внутренних каналов, отверстий, плоских граней и обрабатываемых интерфейсов.
Окончательный допуск относится ко всему производственному маршруту. Отверстие может быть напечатано с заниженным размером, а затем расточено или развернуто. Резьба может быть напечатана как пилотный элемент, а затем нарезана метчиком или фрезерована. Уплотнительная поверхность может быть напечатана с припуском, а затем отфрезерована после снятия напряжений или HIP. База может потребовать спроектированной площадки, которая выдержит удаление поддержек и останется доступной для режущего инструмента.
Размеры, критически важные для функции, должны быть отмечены на 2D-чертеже. Если всем размерам присвоен одинаковый допуск, поставщик может включить в предложение ненужную чистовую обработку. Если ни один размер не отмечен как критический, поставщик может предположить, что характеристики «как напечатано» приемлемы, тогда как заказчик ожидает точности механической обработки.
Тип элемента | Риск состояния «как напечатано» | Обычно рассматриваемый маршрут финишной обработки | Доказательства контроля для определения |
|---|---|---|---|
Базовые площадки и установочные поверхности | Следы от поддержек, тепловое перемещение и волнистость поверхности могут сместить базу. | Печать с припуском на обработку, снятие напряжений, затем обработка базовых поверхностей. | Настройка базы на КИМ и отчет на основе чертежа. |
Расточки, посадочные места подшипников и втулки | Круглость, положение и чистота поверхности могут не соответствовать требованиям сборки. | Расточка на ЧПУ, развертывание или EDM в зависимости от материала и доступа. | Диаметр, положение, круглость и требования к калибру. |
Резьба | Маленькая напечатанная резьба может захватывать порошок или терять четкость профиля. | Напечатанное пилотное отверстие плюс нарезка метчиком, фрезерование резьбы или обзор использования вставок. | Калибр резьбы, глубина и длинаengagement. |
Внутренние каналы | Обычная КИМ не может увидеть скрытую геометрию или захваченный порошок. | Конструирование для удаления порошка и рассмотрение КТ или приемки, связанной с потоком. | КТ, разрезка, тест на герметичность или функциональный тест, определенный заказчиком. |
Ориентация построения создает размерное смещение
Ориентация построения влияет на расположение поддержек, тепловые градиенты, направление поверхности, ступенчатость элементов и доступ для механической обработки. Вертикальное отверстие, горизонтальная расточка, нависающий карман и тонкая стенка не несут одинакового риска допуска. Ориентация также может определить, будет ли уплотнительная поверхность поддерживаемой, открытой или позиционированной для припуска на обработку.
Деформация от поддержек является распространенным источником неожиданностей с допусками. Поддержки удерживают деталь во время печати, но могут оставлять следы и локальные напряжения после удаления. Поверхность с большим количеством поддержек не должна использоваться как готовая база, если она не будет подвергнута последующей механической обработке. Если критическая поверхность не допускает следов от поддержек, это требование должно быть заявлено до выбора ориентации.
Большие плоские области могут перемещаться во время печати или постобработки. Тонкие стенки могут расслабиться после снятия со строительной платформы. Высокие тонкие элементы могут сместиться при срезании поддержек. Если заказчику требуется плоскостность, перпендикулярность, допуск положения или допуск профиля, на чертеже должно быть указано, применяется ли требование до или после термообработки и механической обработки.
Для селективного лазерного сплавления порошков ориентация является не только производственным решением. Это часть плана допусков. Когда заказчик отправляет чертеж с GD&T (геометрическими допусками), компания Neway может проверить, поддерживают ли базовые поверхности, доступ для контроля и припуск на обработку схему допусков.
Постобработка может переместить деталь перед окончательным измерением
Снятие напряжений, термообработка и HIP могут изменить остаточные напряжения и размерное состояние. Они могут потребоваться для характеристик материала, приемки, связанной с плотностью, применений, чувствительных к усталости, или спецификаций заказчика. Они также влияют на то, когда следует выполнять окончательную обработку на ЧПУ или EDM.
Окончательная прецизионная механическая обработка обычно планируется после этапов снятия напряжений или HIP, которые могут переместить деталь. Если чистовая обработка выполняется слишком рано, последующая термическая обработка может сместить обработанные поверхности. Черновая обработка перед термической обработкой может быть полезна при большом припуске, но окончательные базы, уплотнительные поверхности и высокоточные расточки должны быть синхронизированы с требуемым маршрутом постобработки.
Перемещение размеров при HIP не следует рассматривать как фиксированную величину, если неизвестны геометрия, материал и требования к приемке. Тонкий кронштейн, толстый коллектор и плотная инструментальная вставка могут реагировать по-разному. В коммерческом предложении должно быть указано, требуется ли HIP по чертежу, является ли он опциональным для снижения рисков или не нужен для данного применения.
Припуск на механическую обработку должен защищать базы и доступ
Детали прецизионного AM часто требуют припуска на механическую обработку, но припуск должен быть размещен там, куда инструмент действительно может добраться. Скрытая расточка, глубокий внутренний элемент или карман за ребром могут стать недоступными после печати. Заказчик не должен назначать допуски уровня ЧПУ поверхностям, к которым невозможно получить доступ фрезой, расточным инструментом, шлифовальным кругом или электродом для EDM.
Механическая обработка на ЧПУ обычно используется для базовых площадок, крепежных поверхностей, расточек, пазов, уплотнительных поверхностей и подготовки резьбы. Электроэрозионная обработка (EDM) может рассматриваться для твердых материалов, узких пазов, деликатных элементов, острых внутренних углов или прецизионных профилей, где доступ для традиционной резки ограничен.
Могут помочь технологические приливы и жертвенные площадки. Они обеспечивают зажим, настройку базы или контрольные ориентиры, не заставляя финальную геометрию детали нести производственную нагрузку. Эти элементы следует обсудить перед заказом, если их необходимо удалить позже.
Требование к допуску | Риск, если оставить «как напечатано» | Путь финишной обработки для предложения | Примечание заказчика перед оформлением заказа (PO) |
|---|---|---|---|
Плоскостность монтажной поверхности | Тепловое перемещение, следы от поддержек и волнистость поверхности. | Обработка после тепловых этапов и определение последовательности баз. | Указать сопрягаемую деталь и условие прокладки или болтового соединения. |
Допуск положения для массива отверстий | Напечатанные отверстия могут сместиться из-за ориентации и удаления поддержек. | Печать пилотных отверстий, механическая обработка или развертывание от готовой базы. | Определить основную базу и требование к сборке. |
Допуск профиля на контурной поверхности | Текстура слоев и локальная усадка могут повлиять на огибающую поверхности. | Рассмотреть механическую обработку, EDM, полировку или приемку только по результатам контроля. | Уточнить, является ли контур функциональным или аэродинамическим/косметическим. |
Расположение внутреннего канала | КИМ не может напрямую проверить скрытую геометрию. | Конструирование для КТ, разрезки, теста потока или доказательств контроля процесса. | Определить, какие доказательства приемлемы для скрытых элементов. |
КИМ и КТ отвечают на разные вопросы приемки
КИМ полезна для доступных внешних размеров, баз, массивов отверстий, плоскостности и обработанных интерфейсов. Она не может полностью проверить закрытые внутренние каналы, захваченный порошок или скрытые решетчатые структуры. Методы КТ или рентгенографии могут рассматриваться, когда внутренняя геометрия, скрининг пористости или доказательства удаления порошка являются частью приемки.
Заказчик должен решить, какая запись контроля необходима, до завершения коммерческого предложения. Базовая проверка размеров, полный отчет КИМ, контроль первого образца, сканирование КТ, запись чистоты поверхности, сертификат материала или запись термообработки — каждый из этих пунктов может изменить цену и срок выполнения. Контроль должен соответствовать режиму отказа, а не просто добавляться как общая заметка.
Для прецизионного аддитивного производства из металла выбор испытательного оборудования должен следовать чертежу. Допуски положения требуют настройки базы. Внутренние каналы охлаждения могут потребовать КТ или функционального теста. Уплотнительные поверхности могут потребовать доказательств чистоты поверхности и плоскостности. Резьба может потребовать подтверждения калибром.
Примечания на чертеже, предотвращающие споры о допусках
Перед выпуском заказа (PO) отправьте STEP-файл, 2D-чертеж, марку материала, предполагаемый процесс, количество, среду применения, размеры, критически важные для функции, схему базирования GD&T, обрабатываемые поверхности, ожидания по постобработке, чистоту поверхности и записи контроля, требуемые для приемки. Отметьте, какие размеры применяются к готовой детали, а какие элементы могут оставаться «как напечатано».
Если деталь имеет внутреннюю геометрию, укажите, требуется ли КТ, разрезка, испытание давлением, проверка потока или визуальный доступ. Если деталь имеет поверхности, чувствительные к усталости, уплотнительные интерфейсы, посадочные места подшипников или базы сборки, укажите маршрут финишной обработки или попросите Neway предложить альтернативы. Прецизионное коммерческое предложение становится сильнее, когда заказчик с самого начала разделяет напечатанную геометрию, готовую геометрию и доказательства контроля.
Для получения дополнительной информации об ожиданиях точности в металлическом AM заказчики могут также ознакомиться со статьей Neway о прецизионных индивидуальных металлических деталях с высокой точностью. Коммерческое предложение все же должно основываться на текущем чертеже, а не на общем утверждении о процессе.
Связанные часто задаваемые вопросы
Когда металлическому AM требуется механическая обработка на ЧПУ?
Можно ли использовать EDM для обработки внутренней геометрии в деталях, напечатанных на 3D-принтере?
Какие размерные или геометрические допуски затрагиваются термообработкой?
Какие конкретные содержания и данные включаются в отчеты о контроле?
