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3Dプリント部品に最適な研削プロセスを選択する方法

Posted by: castingdie 2021-11-18 3Dプリント部品に最適な研削プロセスを選択する方法 はコメントを受け付けていません

アディティブマニュファクチャリング(AM)で製造された金属製造部品の場合、特に機能面では通常、後処理が必要です。 研削や研磨を含むアブレシブ加工には、従来の部品や添加部品(3Dプリント部品)の加工を終了する機能があります。

機械的処理(フライス盤やその他の代替仕上げプロセスなど)と比較して、研削には、厳しい公差、仕上げ、および地表面に必要な圧縮残留応力を生成するという利点があります。 3D印刷で通常使用される機械加工が難しい材料の場合、砥粒の自己研ぎ特性により、他の切削工具よりも砥粒の寿命が長くなるため、その利点がより重要になります。複雑な形状の砥石を用意して、3Dプリントされたインコネル718と6-4チタンチタンの加工を完了することができます。研削プロセスに事前に形成された砥石車を使用することは、比較的多数の部品を完成させるための効果的な方法です。精密研削に加えて、研削工具は手動または自動モードでの自由形状仕上げにも使用できます。

少量のバッチ生産の場合、金属3D印刷のユーザーは、複雑な部品の形状を柔軟に研削する方法を研究しています。 Norton│Saint-GobainAbrasivesは、British Manufacturing Technology Center(MTC)と協力して、固定点砥石を使用したCNC研削と、研磨剤を使用した自由形状仕上げを使用して3Dプリント部品を仕上げる方法を研究しました。

センタリングホイールによるCNC研削

電気めっきまたはセラミック化されたcBN砥石は、インコネル718(IN718)部品の研削に広く使用されています。このプロセスは、厳しい公差を達成するための重切削から精密加工まで多岐にわたります。この研究では、研究者は、3DプリントされたIN718部品でのCNC研削の実現可能性を実証するために、固定小数点cBN砥石を選択しました。固定点砥石は、直径6.35mmの電気メッキボールヘッド砥石で、100グリットのcBN砥粒です。

レニショーのRenAM500Qレーザー粉末ベッドマシンは、図1に示すように、面取りと曲面を備えたIN718部品を製造します。印刷後、部品を900°Cで熱処理して、製造後の応力を除去し、45分間サイクルしてからサイクルします。窒素処理により室温まで冷却。熱処理後、研究者らは、平均表面積粗さ(Sa)が約14ミクロンであることを発見しました。これは、Alicona Infinite FocusSL焦点変化顕微鏡によって測定されました。この研究では、Sa測定は表面全体の粗さを表し、測定方向とは関係がなく、線に沿った測定は異方性表面テクスチャの影響を受ける可能性があるため、表面仕上げの特性評価に使用されます。

MTCはCNC研削実験を実施しました。表1に、クーラントが5%エマルジョン(水溶性)である粉砕条件を示します。エマルジョンクーラントの選択は、研削後の部品の洗浄に役立つはずです。 cBNホイールは、ストレートオイルクーラントを使用するとパフォーマンスが向上しますが、特に3D印刷されたパーツではアクセスが難しいことが多い複雑な形状や機能の場合、パーツのクリーニングが困難になります。したがって、この研究では石油の使用は考慮されていません。

3Dプリント部品に最適な研削プロセスを選択する方法

砥石

面角と曲面を備えたIN718部品は、1.2〜1.5ミクロンSaの表面仕上げに正常に研磨されました。研削実験中、機械に取り付けられた自動ブルームツール測定システムが砥石の摩耗を測定しました。工具測定システムはもともとフライス盤と旋削工具用に開発されましたが、この研究はそれが砥石車に適用できることを示しています。このタイプの測定をマシンコントローラーと統合することで、自動ホイール摩耗補正が可能になります。

砥石の摩耗は、砥石経路の長さに関係します。切削深さ0.2mm、送り速度150 mm / minでは、面取りや曲面を研削するときに工具が比較的早く摩耗します。約8メートルの研削距離の後、砥石の直径が約45ミクロンに減少すると、表面仕上げが劣化します。同じ送り速度で、切込みを0.2mmから0.1mmに減らすと、10メートルから10ミクロン未満に研削した後の砥石の摩耗を大幅に減らすことができます。

研究者はまた、フライス盤の実験に、TiAlNコーティングされた超硬工具とホフマングループが推奨するプロセス条件(送り速度174 mm / min、切り込み深さ0.2 mm)を使用しました。これらの研究は、研削と同様の表面仕上げと工具摩耗を示しています。フライス盤はより深い切削深さ(0.2mm対0.1mm)を達成できますが、フライス盤には潜在的なコスト上の利点があります。調査で使用した砥石はわずか約15ドルで、対応するフライス盤は約50ドルです。

研究によると、電気めっきされたcBN砥石は、IN718やその他の加工が難しい材料を研削するときに、良好な表面仕上げと長寿命を実現できることが示されています。水溶性クーラントとの互換性とその場での工具摩耗監視機能により、固定小数点cBNホイールは3Dプリント部品の仕上げに魅力的な選択肢となっています。硬化金属では、フライス盤やその他の機械加工よりも研削の利点がより顕著です。ほぼ最終形状の3Dプリント部品の場合、後処理は次の方法で最適化できます。プリント部品を柔らかい部品を機械加工せずに直接熱処理し、熱処理部品を研削して完成させます。

研磨工具を使用した自由形状仕上げ

機械的または手動の仕上げは、部品の研削に代わるものです

輪郭は複雑ですが、厳密な寸法公差はありません。これを研究するために、研究者は、航空宇宙および工具業界で一般的に見られる形状を表す2つのIN718パーツ(図3に示す)を印刷し、前のセクションで説明したように熱処理しました。リブ/ピラーを印刷するにはサポートが必要です。手工具(フラットカッターなど)を使用して取り外し、部品の表面に跡を残します。

比較的大きな自由曲面の場合、この調査では、ファイルベルトが表面プロファイルと柔軟性に準拠しているため、最適なツールであることがわかりました。中粒度(P60)のコーティングされたヤスリコンベヤーベルトは、良好な材料除去率を達成でき、印刷面での寿命が長くなります。次に、不織布テープを使用して、良好な表面仕上げを作成します。クイックチェンジディスクとスパイラルローラーも自由曲面でテストされましたが、パフォーマンスはファイルベルトほど良くありませんでした。ファイバーディスクはツールの接触角への依存度が低く、拘束された領域に到達できないため、材料の除去とプロファイルされた表面の仕上げが急激に変化することがわかります。スパイラルローラーは狭い領域に入ることができますが、凹面との安定した接触を維持できず、工具の振動や仕上がりの不均一になります。

輪郭のある外観や簡単にアクセスできる表面の場合、均一な不織布ホイールと綿繊維の固定小数点ホイールを使用すると、パーツの形状を大幅に変更することなく表面を仕上げることができます。ただし、粗い印刷面で直接使用すると、両方のツールがすぐに摩耗します。したがって、最初のステップとして、印刷面にコーティングされたフラップホイールまたはスパイラルローラーを使用することをお勧めします。次に、不織布フラップホイールを使用して比較的大きな表面をトリミングでき、均一ポイントホイールと固定ポイントホイールを複雑な領域または小さな領域に使用できます。

上記の方法により、表面仕上げが大幅に改善されました。示されている表面プロファイルと粗さの測定結果は、Saが印刷面の約12ミクロンから仕上げ面の約2ミクロンに減少し、Saが減少していることを示しています。

2つのステップで進めることをお勧めします。まず、粗いサンドペーパー研磨製品を使用して、欠陥やその他の粗い表面の特徴をすばやく取り除きます。その後、表面をより柔らかい研磨剤で仕上げることができます。砥粒を含浸させたナイロン繊維の不織布砥粒は、部品の表面にフィットし、幾何学的形状の変形を最小限に抑えて均一に仕上げることができるため、特殊な形状の表面の自由形​​状仕上げに最適です。

自由形状仕上げには、さまざまなベルト、ディスク、センタリングホイールがあります。表2は、3Dプリント部品の一般的な機能に基づいて適切な研磨製品を選択するための一般的なガイドラインをまとめたものです。ステンレス鋼および高温合金にはセラミック研磨剤を使用し、チタンおよびアルミニウムにはSiCまたはジルコニア研磨剤を使用することをお勧めします。

表2に示す研磨製品は、ミニ直角グラインダー、ダイグラインダー、ファイルベルトグラインダーなどのポータブル電動工具と組み合わせて使用​​できます。ポータブル研削工具は軽量、小型、柔軟性があり、固定部品への持ち込み、部品の持ち込み、工具と部品の同時使用など、さまざまな構成で構成できます。 。ワークステーションにさまざまな研削工具を設定して、さまざまな複雑な機能を実行できます。上流(3Dプリント)プロセスでCAD図面やその他の部品情報を使用して、CNCマシンとロボットセルを使用して、研削工具と仕上げプロセスの完全自動選択を実現できます。プロセスにおける力の測定と視覚の助けを借りて、一貫した結果を保証することができますセンサーと閉ループ制御メカニズム。

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