Dette blogindlæg har til formål at give en forklaring på begreberne nær nettoform og overtykkelse, som er yderst relevante for Meltios Wire-LMD-teknologi.
Derudover vil den give et kortfattet overblik over, hvornår, hvordan og hvor meget overtykkelse der skal anvendes, under hensyntagen til forskellige faktorer.
Tæt på nettoform
Near net shape (NNS) er et industrielt begreb, der dækker over refererer til fremstillingsprocesser, der producerer en rå del, som er meget tæt på den endelige ønskede form eller dimensioner. Den endelige form er også kendt som nettoformen. Processen involverer brug af specialiserede teknikker som støbning, smedning, koldformning eller, i dette tilfælde, metaladditiv fremstilling for at skabe en del, der kræver minimale finishprocesser.
Udtrykket antyder, at yderligere bearbejdning eller efterbehandling stadig kan være nødvendig for at opnå de endelige specifikationer eller tolerancer, der kræves for delen. Som sådan bruges det ofte til at formidle de generiske muligheder i fremstillingsteknologier og skelne dem fra systemer, der sigter mod at levere færdige komponenter. Ved at reducere mængden af materiale, der skal fjernes eller bearbejdes, kan near net shape-fremstilling være et mere effektivt og omkostningseffektivt alternativ til traditionelle processer. Det kan reducere den tid og de omkostninger, der er forbundet med en reduktion af spild af råmaterialer og energi.
NNS teknologier forbindes ofte med lean produktionsmetoder, hvor variationer i processer, deledesign og materialevalg er drevet af ønsket om at reducere spild. Graden af near net shape, der opnås ved additiv fremstilling af metal, kan variere afhængigt af emnets kompleksitet og de specifikke krav til anvendelsen..
Near net shape-fremstilling bruges ofte i industrier som rumfart, bilindustri og medicinsk udstyr, hvor præcision og nøjagtighed er afgørende, og effektivitet og omkostningseffektivitet er vigtige overvejelser.
Over tykkelse
I additive fremstillingsprocesser til metal er begrebet overtykkelse en designovervejelse, der henviser til den bevidste tilføjelse af ekstra materiale til designet af en del. Anvendelse af overtykkelse er midlet til at opnå en del med en form, der er tæt på netto. Dette ekstra materiale tilføjes for at kompensere for eventuelle afvigelser, der kan opstå under printprocessen, som f.eks. krympning eller forvrængning.
Ved bevidst at tilføje ekstra materiale kan emnet bearbejdes eller færdiggøres til de korrekte dimensioner og specifikationer efter printning. Tilføjelsen af overtykkelse er afgørende for at sikre, at den endelige del opfylder de tilsigtede specifikationer og krav.
Meltio er en near net shape-teknologi, fordi den har evnen til at printe en model med størrelse og form meget tæt på den færdige version. Målet er at minimere mængden af efterbehandling, der er nødvendig for at opnå de endelige specifikationer, hvilket reducerer produktionstiden og omkostningerne.
2.1. Scenarier for anvendelse af overtykkelse
Der er tre forskellige scenarier, når det kommer til behovet for at påføre overtykkelse på dele, der skal igennem Meltios additive fremstillingsproces:
1) Dele, der kræver overtykkelse: Yderligere forklaret i emnet 2.2.
-
Komplekse geometrier: Dele med indviklede designs, indvendige funktioner eller udhæng kan kræve overtykkelse for at kompensere for den krympning og forvrængning, der kan opstå under printprocessen.
- Kritiske tolerancer: Når en del har snævre tolerancer eller kræver præcis dimensionsnøjagtighed, kan der tilføjes overtykkelse.
2) Dele, der ikke kræver overtykkelse: Det er dele, hvor den printede form er tilstrækkelig til at opnå funktionaliteten, hvilket eliminerer behovet for efterbehandling. I sådanne tilfælde maksimeres omkostningsbesparelserne, da der ikke fjernes materiale.
-
Enkle geometrier: Dele med enkle former og minimale indvendige funktioner kræver muligvis ikke overtykkelse, da printprocessen kan medføre minimal forvrængning.
- Hule komponenter: Dele med tynde vægge, der traditionelt fremstilles af metalplader eller rør, og som generelt ikke kræver efterbehandling eller kun overfladepolering;
- Anvendelser med lav belastning: Når en del er beregnet til lav belastning eller ikke-funktionelle formål, er overtykkelse måske ikke nødvendig, da dimensionsnøjagtighed kan være af lavere prioritet.
3) Dele, der kun kræver overtykkelse i kritiske områder:
-
Hybride designs: I nogle tilfælde kan en del have en kombination af komplekse og simple geometrier. Over Thickness kan anvendes selektivt på kritiske områder, hvor dimensionsnøjagtighed eller lav ruhed er afgørende, mens andre dele af emnet måske ikke kræver det.
- Samlinger eller grænseflader: Ved fremstilling af dele, der skal samles eller parres med andre komponenter, kan der tilføjes overtykkelse for at sikre korrekt pasform og justering i kritiske grænsefladeområder.
Funktionelle egenskaber: Dele med specifikke funktionelle egenskaber eller krav til ydeevne, såsom gevindhuller, parringsflader eller kontaktpunkter, kan kræve lokal overtykkelse for at opnå den ønskede funktionalitet eller ydeevne.
2.2. Hvornår skal man anvende?
Beslutningen om at tilføje overtykkelse til en metaldel i additiv fremstilling vil afhænge af en række faktorer, herunder de specifikke krav til den endelige printede del, anvendelsen, niveauet af overfladefinish og det anvendte materiale. Disse faktorer skal overvejes nøje for at afgøre, om overtykkelse er nødvendig for et vellykket resultat.
Overtykkelse vil være nødvendig for Meltios additive fremstilling i de forskellige situationer, der er forklaret nedenfor:
1. I tilfælde, hvor emnet vil blive fuldt bearbejdet: Der kan tilføjes overtykkelse til hele delen for at sikre, at den endelige bearbejdede del opfylder dimensionstolerancerne.
2. I tilfælde, hvor emnet vil blive delvist bearbejdet: Tilføjelsen af overtykkelse skal ske til områder, der skal bearbejdes, såsom boring, gevindskæring eller fræsning. Det sikrer, at der er nok materiale til rådighed til bearbejdningen (bearbejdningstillæg), og at den færdige del overholder de krævede tolerancer.
3. At kompensere for overfladeruhed: Metaldele produceret ved additive fremstillingsprocesser kan have en ru overfladefinish på grund af den lagvise aflejring af materiale. Der kan tilføjes overtykkelse til visse områder af emnet for at tage højde for det ekstra materiale, der vil blive fjernet under efterbehandlingstrin som slibning eller polering.
4. For at muliggøre efterbehandling eller samling: Nogle metaldele kan kræve yderligere efterbehandling eller monteringstrin, såsom svejsning eller lodning. Overtykkelse kan tilføjes til specifikke områder af emnet for at give ekstra materiale til disse operationer og sikre, at det endelige emne har den nødvendige styrke og integritet.
5. For at kompensere for forvrængning: Forvrængning kan forekomme i metaldele under printprocessen, især hvis delen har en stor eller ujævnt fordelt masse. Der kan tilføjes overtykkelse til kritiske områder af emnet for at sikre, at de ikke bliver forvrænget ud over de tilladte grænser.
6. For at kompensere for materialekrympning: Når metaldele køler ned fra deres smeltede tilstand, har de en tendens til at krympe en smule. Denne krympning kan medføre, at delene bliver lidt mindre end tilsigtet, især i områder med komplekse geometrier eller snævre tolerancer. Ved at tilføje ekstra materiale i disse områder kan delen bearbejdes til de korrekte dimensioner og tolerancer efter printning.
2.3. Hvordan anvender man det?
Processen med at påføre overtykkelse på en del, der skal gennemgå Meltios additive fremstilling, involverer typisk ændring af det oprindelige 3D-design af emnet for at inkludere ekstra materiale i kritiske områder. Det kan gøres ved hjælp af CAD-software eller andre designværktøjer. Overtykkelsen kan tilføjes som et separat lag i designet, eller det kan inkorporeres i emnets oprindelige geometri.Der er flere værktøjer, der kan bruges til at tilføje overtykkelse til en del ved hjælp af CAD-software. De specifikke værktøjer, der er tilgængelige, afhænger af den CAD-software, der bruges, men her er nogle almindelige værktøjer:
1. Offset-værktøj: Det skaber en kopi af den originale overflade og forskyder den med en bestemt afstand, så der skabes en lidt større version af den originale del. Dette er det mest populære værktøj til at tilføje overtykkelse.
2. Skal-værktøj: Det kan bruges til at skabe en hul version af en solid del, som derefter kan skaleres lidt op for at skabe overtykkelse i kritiske områder.
3. Sweep-værktøj: Det kan bruges til at skabe en ensartet tykkelse langs en kurve eller sti. Dette kan være nyttigt til at tilføje overtykkelse til komplekse geometrier, der ikke kan ændres med offset-værktøjet.
4. Værktøjet Extrude: Extrude-værktøjet kan bruges til at skabe en solid del ud fra en 2D-skitse, som derefter kan skaleres lidt op for at skabe overtykkelse i kritiske områder.
5. Boolske operationer: Boolske operationer kan bruges til at tilføje eller trække materiale fra en 3D-model, hvilket kan bruges til at tilføje overtykkelse i kritiske områder.
Selvom det generelt ikke anbefales, er det muligt at tilføje overtykkelse ved at bruge slicer-softwareprogrammer til at ændre 3D-modellen ved at tilføje eller trække materiale fra specifikke områder. De nøjagtige trin til tilføjelse af overtykkelse vil variere afhængigt af den software, der bruges, men involverer typisk valg af de områder af modellen, der kræver overtykkelse, og specificering af den mængde ekstra materiale, der er behov for. Det er vigtigt at understrege, at brugen af slicer-softwaren til at tilføje overtykkelse ikke bør erstatte korrekt design- og ingeniørpraksis.
En anden uhensigtsmæssig metode til at tilføje overtykkelse er at bruge skalering i CAD-software., da disse typer operationer forstørrer delen i flere retninger og nogle gange gør geometrien anderledes end den ønskede endelige del.
2.4. Hvor meget skal der påføres?
Ifølge Design Guidelines anbefales det at tilføje 1,50 mm for at printe dele med Meltios teknologi, hvor den endelige overflade skal opnå lav ruhed og høj nøjagtighed ved bearbejdning.
Ikke desto mindre kan vejledning og viden fra en CAM-ingeniør være yderst gavnlig til at bestemme det passende niveau af overtykkelse, der kræves til et specifikt printprojekt, hvilket sikrer, at de ønskede specifikationer og krav opfyldes, samtidig med at tilgængeligheden af bearbejdningsværktøjer til efterbehandling overvejes. Den optimale mængde overtykkelse kan variere fra et projektkrav til et andet, og vejledning fra en CAM-ingeniør kan hjælpe med at sikre et tilfredsstillende resultat.
2.5. Diagram over arbejdsgang
Workflow-diagrammet illustrerer processen med Meltios teknologi og beskriver to forskellige veje baseret på kravet til efterbehandling.
Tæt på nettoform i Meltio sammenlignet med andre AM-processer
Sammenlignet med traditionelle processer giver Meltio additive manufacturing betydelige fordele inden for fremstilling af near net shape. Denne avancerede teknologi er i stand til at opnå bemærkelsesværdigt høje opløsninger, især til indviklede og små funktioner. Ved at anvende en lag-for-lag-tilgang til selektivt at tilføje materiale minimerer den effektivt materialespild og adskiller sig fra konventionelle fremstillingsmetoder.
Sammenlignet med andre additive fremstillingsprocesser, såsom Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM), opnår Meltios laser-DED-proces en højere opløsning, hvilket gør det muligt at fremstille dele med indviklede detaljer og fine funktioner.
Med hensyn til den påkrævede påføring af overtykkelse, før delen printes, involverer WAAM-processer ofte større deponeringshastigheder og brug af tykkere trådmateriale. Som følge heraf kræves der typisk en større mængde overtykkelse for at kompensere for faktorer som materialekrympning, termisk forvrængning og bearbejdningstillæg. Den ekstra overtykkelse kræver efterfølgende bearbejdning eller efterbehandling for at opnå de ønskede endelige dimensioner og overfladekvalitet.
Meltioprocessen giver finere kontrol og præcision, og energikildens fokus giver mulighed for mere lokal opvarmning og aflejring, hvilket resulterer i reduceret termisk forvrængning og minimal materialekrympning. Derfor er mængden af overtykkelse, der kræves i Meltio DED-processer, generelt lavere sammenlignet med WAAM-processer.
Meltios DED-teknologi har betydelige styrker i forhold til traditionelle processer som smedning og støbning, når det gælder om at forbedre de samlede produktionsomkostninger, da den reducerer materialespild og eliminerer behovet for dyrt og tidskrævende værktøj med lange leveringstider. For eksempel producerer smedning NNS-dele, der typisk kræver fjernelse af 50%-80% af det smedede materiale.
TIP: Hvis du vil vide mere om, hvordan køling kan hjælpe og forbedre din produktionskapacitet, kan du downloade fulde whitepaper gratis.
Indlægget Nær netform og overtykkelse blev vist første gang den Meltio.
- Samlinger eller grænseflader: Ved fremstilling af dele, der skal samles eller parres med andre komponenter, kan der tilføjes overtykkelse for at sikre korrekt pasform og justering i kritiske grænsefladeområder.
- Hule komponenter: Dele med tynde vægge, der traditionelt fremstilles af metalplader eller rør, og som generelt ikke kræver efterbehandling eller kun overfladepolering;
