Comment combiner l’impression 3D métal et l’usinage CNC de la manière la plus raisonnable possible ?

一, Complémentarité technologique : un passage logique de « l’opposition » à la « symbiose »
L'impression 3D métallique (en utilisant la technologie SLM/DMLS comme exemple) utilise un laser pour faire fondre de la poudre métallique couche par couche, ce qui permet de construire des structures intérieures complexes d'un seul coup. Ses principaux avantages sont :
Percée dans les degrés de liberté structurels : capable de créer des structures en treillis, des canaux de refroidissement conformes, des surfaces inégales et d'autres choses que les machines CNC typiques ne peuvent pas réaliser. Par exemple, un certain corps de vanne hydraulique obtient des circuits d'huile décalés grâce à l'impression 3D, ce qui rend le canal d'écoulement 300 % plus compliqué. L'usinage CNC nécessite de nombreuses pinces et il est difficile de garantir son étanchéité.
La fabrication additive ne gaspille aucun matériau et le taux d'utilisation des matériaux peut être supérieur à 90 %, ce qui est bien supérieur au taux de 50 à 70 % pour l'usinage CNC.
La capacité d’itérer rapidement : Après avoir changé le modèle numérique, celui-ci peut être imprimé immédiatement sans avoir à être remoulé. Cela a réduit le temps nécessaire au développement de nouveaux produits de quelques mois à quelques jours.
Mais la précision initiale (± 0,04 mm) et la rugosité de la surface (Ra12,5 μm) de l'impression 3D rendent difficile la satisfaction des besoins d'assemblage de haute-précision. C’est à ce moment-là que l’usinage CNC devient très important :
Correction de la taille : pour compenser la déformation par retrait lors de l'impression, vous devez fraiser la surface du guide de la machine-outil avec une précision de ± 0,02 mm.
Finition de surface : le fraisage de précision augmente la rugosité de la surface de Ra12,5 μm à l'état brut de coulée à Ra1,6 μm, et le polissage miroir peut même l'augmenter à Ra0,2 μm.
Caractéristique clé de l'usinage : la CNC est idéale pour réaliser toutes sortes d'usinages locaux, comme la réalisation de faces d'extrémité avec une haute précision et de trous filetés avec une haute précision.
2. Un cas d'utilisation courant est celui où vous devez répondre à la fois à des exigences de structure et de précision complexes.
1. Dans le secteur aérospatial, il doit y avoir un équilibre entre la légèreté et la capacité de transporter beaucoup de poids.
Une entreprise aérospatiale utilise la méthode « impression 3D+CNC » pour réaliser les chambres de combustion des moteurs :
Processus d'impression 3D : impression de formes complexes avec des canaux de refroidissement conformes en Inconel 718, un alliage à haute température-à base de nickel-. Cela rend les structures 35 % plus légères et capables de supporter des températures allant jusqu'à 1 200 degrés.
Processus CNC : usinage ultra-précis de la surface d'étanchéité jusqu'à une planéité de 0,01 mm pour garantir son bon fonctionnement dans des situations de haute-pression.
Vérification des effets : le cycle de production est 60 % plus court qu'avec les méthodes de coulée et de soudage standard, et la durée de vie en fatigue est deux fois plus longue.
2. Implants médicaux : un mélange de personnalisation et de biocompatibilité
Comment sont fabriqués les implants orthopédiques en alliage de titane :
Impression 3D : À l’aide des données CT du patient, imprimez une tige fémorale poreuse avec une porosité de 60 % à 80 % et une taille de pores de 200 à 500 μm. Cela imitera la forme des trabécules osseuses naturelles.
Usinage CNC : fraisage précis de la surface de contact conique qui touche la cavité médullaire pour s'assurer qu'elle répond au niveau de tolérance H7 et réalise une fixation biologique.
Traitement de surface : Le sablage et l’anodisation rendent la surface plus rugueuse, ce qui aide les cellules osseuses à y adhérer.
3. Moules industriels : un bon équilibre entre des canaux d'écoulement compliqués et un bon refroidissement
Une certaine entreprise de moulage utilise une solution de fabrication mixte :
L'impression 3D crée un noyau de moule avec trois couches de canaux de refroidissement internes à la fois. Cela rend le refroidissement 30 % plus efficace et résout le problème de fuites qui se produit avec l'épissage de blocs standard.
Usinage CNC : polissez la surface de joint à Ra0,4 μm pour faciliter le retrait des pièces en plastique.
Comparaison des coûts : le coût par pièce a diminué de 42 % et il n'y a pas lieu de s'inquiéter des chutes de moule dues à la déformation du soudage.
3, Chemin d'intégration des processus : améliorer l'ensemble du processus, de la conception au post-traitement
1. Phase de conception : Optimiser la topologie en fonction des limites du procédé de fabrication.
DFAM (Design for Additive Manufacturing) : utilisation d'une méthode de génération de structure en treillis pour réduire le poids de moitié tout en conservant la résistance.
Surépaisseur d'usinage réservée : réservez 0,3 à 0,5 mm pour les éléments nécessitant une finition CNC, comme les surfaces d'assemblage et l'emplacement des trous. Cela empêchera l’impression des modèles de couches d’influencer la précision.
Optimisation de la structure de support : utilisez l'analyse de simulation pour réduire la quantité de support tout en garantissant que les outils CNC restent faciles d'accès. Par exemple, le support d'un certain support d'aviation est placé sur la surface non-usinée, ce qui réduit le temps d'usinage CNC de 30 %.
2. Étape d'impression : Travailler ensemble pour réguler les paramètres et effectuer le post-traitement
Choose spherical powder (flowability>30 s/50 g) pour répartir la poudre plus uniformément et réduire la porosité à moins de 0,5 %.
La technique de traitement thermique comprend un recuit de détente à 650 degrés pendant 2 heures et un pressage isostatique à chaud (HIP) pour augmenter la densité au-dessus de 99,9 %.
Contrôle de direction : utilisez le logiciel Magics pour trouver le meilleur angle de placement des éléments afin de réduire la quantité de support nécessaire pour les constructions suspendues.
3. L'étape d'usinage CNC : liaison à cinq-axes et compensation intelligente
Centre d'usinage à cinq -axes : le système Siemens 840D est utilisé pour serrer et usiner des surfaces complexes en une seule fois, ce qui évite les erreurs de positionnement.
Technologie de jumeau numérique : utiliser la simulation Vericut pour prédire l'évolution de l'usinage et apporter des ajustements au modèle à l'avance. Par exemple, la simulation a amélioré la précision du contour d’une aube de turbine donnée de ± 0,05 mm à ± 0,02 mm.
Inspection des machines : utilisation des palpeurs Renishaw pour surveiller les dimensions d'usinage en temps réel et corriger les erreurs dues à l'usure des outils.
4. Étape de traitement de surface : allier fonctionnalisation et ornementation
Traitement de sablage : utilisez des billes de verre de 120 mailles pour rendre la rugosité de la surface Ra3,2 μm afin d'aider le revêtement à mieux adhérer.
Oxydation par micro-arc : Réaliser un revêtement céramique de 10 μm d'épaisseur sur la surface de l'alliage de titane. Le film est dur 1000HV et cinq fois plus résistant à l’usure.
Revêtement PVD : L'application d'un revêtement TiN rend la surface plus dure (2200HV) et lui donne un aspect doré.