Tantangan dan Solusi dalam Pemesinan Suku Cadang Pencetakan 3D Logam

Banyak bagian logam yang dicetak 3D perlu dikerjakan untuk menghasilkan permukaan yang presisi.Namun, bagian yang dicetak 3D seringkali merupakan bagian yang ringan dengan bentuk geometris yang kompleks, yang membawa tantangan pada pemesinan berikutnya.Saat mengerjakan bagian pencetakan 3D, perlu untuk mempertimbangkan apakah kekakuan pencetakan 3D memenuhi persyaratan pemesinan, cara menjepit bagian pencetakan 3D ini dengan struktur yang kompleks, dan serangkaian masalah.Kami membahas tantangan dan solusi dalam pemesinan komponen logam cetak 3D melalui kasus yang dibagikan oleh pakar manufaktur aditif.

Pencetakan 3D adalah teknologi yang fleksibel dengan sedikit kendala pada desain.Dengan bantuan teknologi pencetakan 3D, desainer dapat mewujudkan beberapa skema desain yang kompleks, seperti struktur ringan dan struktur terintegrasi dengan fungsi terintegrasi.Namun, keunggulan teknologi manufaktur aditif ini terkadang dilemahkan dengan mempertimbangkan tantangan yang timbul dari pemesinan berikutnya.Jika tantangan yang dihadapi dalam pemesinan berikutnya tidak sepenuhnya diperhitungkan dalam desain awal dan pembuatan suku cadang manufaktur aditif, kerugian dapat terjadi karena kegagalan pemrosesan suku cadang.
Bagian yang dicetak 3D biasanya perlu dikerjakan dengan mesin untuk mencapai lubang bundar yang akurat dan permukaan yang halus dan rata, dan kemudian dirakit dengan bagian lain.Namun, struktur ringan yang kompleks dari bagian pencetakan 3D terkadang tidak dapat beradaptasi dengan proses pemrosesan karena kekakuan yang tidak memadai.Selain itu, struktur yang kompleks juga meningkatkan kesulitan menjepit benda kerja dengan aman.

Tantangan penyelesaian
1. Apakah kekakuan bagian cetakan 3D cukup untuk memenuhi beban yang ditanggung selama pemesinan?Apakah bagian menyimpang dari pahat dan menghasilkan getaran, yang membuat pahat bergetar dan menyebabkan efek pemesinan yang buruk?Jika kekakuan bagian pencetakan 3D tidak cukup untuk memenuhi persyaratan pemesinan, solusi apa yang dapat digunakan untuk mengatasi masalah ini?
2. Jika masalah kekakuan sudah teratasi, tantangan selanjutnya adalah bagaimana menyelaraskan mesin perkakas.Bagian yang dicetak 3D mungkin memiliki beberapa deformasi selama pencetakan, dan kurangnya datum yang jelas, yang berarti bahwa saat mengerjakan bagian yang dicetak 3D, pertama-tama perlu menemukan bagian "baik" dari bagian tersebut.Sangat penting untuk mendapatkan keselarasan 5-sumbu yang optimal dari bagian tersebut.
Renishaw mengeksplorasi tantangan dan solusi yang dihadapi dalam penyelesaian komponen cetak 3D melalui batang pemandu gelombang mikro cetak 3D logam.Dari persiapan sebelum pemesinan hingga penyelesaian akhir suku cadang, ada total 9 langkah.
Gambar kiri menunjukkan batang pemandu yang diproduksi dengan ide desain tradisional dan metode pembuatan, yang dirakit dari beberapa bagian;Gambar kanan menunjukkan batang pemandu cetak 3D, yang merupakan bagian terintegrasi.Dibandingkan dengan bagian aslinya, beratnya berkurang setengahnya.Ini adalah bagian yang dirancang untuk satelit telekomunikasi.Persyaratan kinerja utama untuk bagian ini adalah ringan, meningkatkan efisiensi transmisi gelombang mikro, dan mengurangi kebutuhan ruang bagian ini untuk muatan satelit.

Larutan
Langkah 1: Tetapkan gaya potong yang diinginkan
Pertama, evaluasi apakah komponen pencetakan 3D memiliki kekakuan yang cukup yang dibutuhkan oleh pemesinan melalui eksperimen.
Data Dynamo menunjukkan beban berulang, dan dapat dilihat bahwa gaya puncak sekitar dua kali nilai tengah.Anda juga dapat mencoba memotong pada kedalaman yang berbeda untuk melihat bagaimana pengaruhnya terhadap beban pada bagian tersebut.
Langkah 2: Simulasikan gaya potong
Melalui proses simulasi, ditemukan bahwa pemrosesan tepi flensa di sekitar ujung bebas bagian menyebabkan defleksi yang jelas (lebih besar dari 150 m), dan analisis elemen hingga juga menunjukkan distorsi yang jelas, yang dapat menyebabkan pemotongan yang tidak merata.
Langkah 3: Tes pemotongan awal
Jika pemesinan dilakukan di bawah kondisi di atas, suku cadang akan menyimpang dari pahat dan memantul, mengakibatkan getaran permukaan, getaran pahat, dan masalah lainnya.Hasil dari masalah ini adalah permukaan akhir yang buruk.
Cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan meningkatkan kekakuan bagian dalam proses pemotongan.Ada dua langkah untuk meningkatkan kekakuan, satu adalah menyesuaikan desain bagian pencetakan 3D, dan yang lainnya adalah mengubah mode penjepitan selama pemesinan.Pertama, mari kita pahami bagaimana menyelesaikan masalah ini dengan menyesuaikan desain.

Langkah 4: Hadapi tantangan permesinan dengan mengubah desain bagian pencetakan 3D
Tujuan mengubah desain bagian cetak 3D adalah untuk membuat bagian lebih kaku.Dalam hal ini, perancang menambahkan struktur pendukung yang menghubungkan komponen di kedua ujung bagian untuk mengurangi cacat yang terlihat pada uji pemotongan.
Atau tambahkan struktur rangka yang terhubung antara dua komponen ujung, yang lebih kompleks.Kerugian dari meningkatkan kekakuan dengan menyesuaikan skema desain adalah meningkatkan volume yang ditempati oleh bagian-bagian, yang dapat mempengaruhi ruang yang ditempati oleh komponen lain dan mengurangi efisiensi desain secara keseluruhan.Masalah penting lainnya adalah bahwa dalam mode penjepitan benda kerja konvensional, suku cadang setelah penyesuaian dan desain seringkali masih tidak dapat memenuhi persyaratan pemesinan, sehingga perlu mempertimbangkan kembali mode penjepitan suku cadang.

Langkah 5: Pertimbangkan kembali metode penjepitan suku cadang
Dalam hal ini, solusi spesifik dari metode penjepitan ulang adalah merancang perlengkapan khusus untuk bagian pencetakan 3D, dan secara langsung memproduksi perlengkapan khusus dengan peralatan pencetakan 3D, mengurangi risiko deformasi bagian dan kerusakan permukaan, membuat pencetakan 3D bagian lebih dekat ke fitur pemrosesan, mengurangi defleksi dan getaran.
Langkah 6: Memodelkan perlengkapan yang disesuaikan
Selama analisis elemen hingga dari bagian cetakan 3D dalam perlengkapan, perancang menemukan bahwa kekakuan dapat lebih ditingkatkan dengan menjepit struktur "lurus" dengan lebih baik pada bagian tersebut.
Langkah 7: Persiapan pemesinan

Setelah menyelesaikan penyesuaian desain bagian pencetakan 3D dan desain serta pembuatan perlengkapan yang disesuaikan, kita dapat memasuki tahap persiapan pemesinan.
Gambar menunjukkan bagian pencetakan 3D yang dioptimalkan topologi yang diukur pada pengukur fleksibel untuk menghasilkan penyelarasan 5 sumbu untuk pemrosesan selanjutnya.
Dalam proses ini, kesalahan terjadi ketika gerakan linier dan rotasi poros mekanik melebihi toleransi yang diperlukan untuk membuat suku cadang yang akurat.Dalam hal ini, insinyur menggunakan probe kontak Renishaw dan perangkat lunak pengukuran NC Checker untuk mengidentifikasi dan memantau masalah ini.

Langkah 8: Pengaturan bagian
Dalam pemesinan konvensional, bidang datum sering dibuat terlebih dahulu, dan kemudian fitur ini digunakan untuk menyelaraskan dan memposisikan bagian untuk operasi pemesinan berikutnya.Namun, untuk bagian pencetakan 3D dalam kasus ini, metode konvensional tidak diikuti, karena datum presisi harus ditambahkan ke operasi pemesinan akhir setelah menghasilkan semua permukaan lainnya.
Tantangan pengaturan bagian pencetakan 3D adalah mengaturnya sesuai dengan bentuk sebenarnya dari bagian tersebut, yang melibatkan pemahaman kondisi material bagian di semua area di mana fitur presisi direncanakan untuk dipotong, dengan mempertimbangkan kelonggaran pemesinan, deformasi bagian dan faktor lainnya.Dalam hal ini, perancang berusaha untuk meninggalkan bahan yang cukup di semua lokasi ini untuk memungkinkan pemotongan yang konsisten dan efisien.Pada langkah ini, perangkat lunak probe dan metering masih dapat digunakan untuk menemukan pengaturan finishing yang "paling sesuai".
Cara lain untuk menyiapkan bagian cetak 3D untuk finishing adalah dengan menggunakan spesifikasi yang dapat diprogram toko untuk mengukur bagian dan melakukan penyelarasan.Metode ini lebih cocok untuk aplikasi batch yang lebih besar.

Langkah 9: Pemesinan
Melalui persiapan 8 langkah di atas, komponen yang diperoleh memiliki dimensi kritis dalam kisaran toleransi dan menunjukkan permukaan akhir yang baik.Dibandingkan dengan uji pemotongan awal, getaran dan keausan pahat sangat berkurang.
Pemesinan biasanya merupakan bagian dari rantai proses pencetakan 3D logam, yang juga merupakan proses dengan penerbangan dan risiko.Jika pemesinan gagal, bagian pencetakan 3D yang berharga akan dihapus.Jika tantangan yang dihadapi dalam pemesinan dapat dipertimbangkan pada awal merancang komponen cetak 3D, itu akan membantu mengurangi risiko kegagalan.