Какая точность и шероховатость поверхности достижимы у деталей Inconel, напечатанных DMLS?

С инженерной точки зрения, достижимая точность и шероховатость поверхности деталей из Inconel, изготовленных методом DMLS, зависят от того, используются ли они «в печатном виде» или подвергаются последующей высокоточной обработке. В наших производственных процессах мы рассматриваем Direct Metal Laser Sintering (DMLS) как процесс получения заготовки, близкой к окончательной форме, а затем обрабатываем критические зоны с помощью специализированной механической обработки суперсплавов на ЧПУ, чтобы детали из Inconel соответствовали требованиям по точности, принятым в аэрокосмической и энергетической промышленности.

Геометрическая точность деталей из Inconel в состоянии «as-built»

При правильно настроенных параметрах процесса, детали из Inconel, напечатанные методом DMLS, обычно достигают допусков порядка ±0,1–0,2 мм на 100 мм длины при условии применения корректной стратегии поддержек и эффективного теплового управления. Мелкие элементы, такие как рёбра, решётчатые структуры и каналы охлаждения, могут воспроизводиться с минимальными размерами около 0,3–0,5 мм, однако тонкие стенки и высокие, узкие элементы более подвержены деформациям.

Накопление тепла и остаточные напряжения могут вызвать небольшие прогибы или «банановую» деформацию в длинных, тонких участках. Для управления этим мы предусматриваем припуск под последующую механическую обработку на уплотнительных поверхностях, фланцах и отверстиях, а также выбираем ориентацию детали в камере построения, минимизирующую нависающие участки. Для критически важных компонентов турбин, камер сгорания или коллекторов в авиационно-космической и энергетической промышленности такой подход гарантирует, что окончательная точность обеспечивается операциями финишной обработки, а не исходными отклонениями DMLS.

Шероховатость поверхности в состоянии «as-built» и функциональные требования

В исходном («as-built») состоянии поверхности деталей Inconel, изготовленных методом DMLS, остаются относительно шероховатыми из-за частично спечённых частиц и ступенчатости слоёв. Типичные значения Ra составляют 8–15 мкм для вертикальных и наклонных поверхностей, при этом верхние поверхности немного более гладкие, а нижние и нависающие — более грубые. Для внутренних каналов такая шероховатость может даже улучшать теплообмен, однако она неприемлема для уплотнительных поверхностей, подшипниковых шеек или прецизионных гидравлических каналов.

Если требуется более высокая чистота поверхности, мы предусматриваем дополнительный припуск на механическую обработку или применяем локальные методы доводки. Важно ещё на этапе проектирования чётко указать, какие поверхности могут оставаться «as-printed», а какие должны быть обработаны до уровня «as-machined», обеспечивая прозрачное планирование процессов.

Достижение высоких допусков за счёт финишной обработки и шлифования

Для достижения высокой точности и низкой шероховатости мы регулярно комбинируем DMLS с высокоточной механической обработкой и, при необходимости, шлифовкой на ЧПУ. После снятия напряжений и, при необходимости, горячего изостатического прессования (HIP) критические отверстия, фланцы и интерфейсы в сплавах, таких как Inconel 718, обрабатываются с точностью порядка ±0,01–0,02 мм для типичных элементов, а для коротких базовых поверхностей возможны ещё более строгие допуски.

По показателю шероховатости поверхности токарная, фрезерная и шлифовальная обработка позволяют достичь Ra 0,8–1,6 мкм на функциональных участках. Для уплотнительных поверхностей и вращающихся шеек суперфиниширование может снизить Ra до 0,4 мкм и ниже. Когда геометрия позволяет, мы дополняем обработку контролируемой полировкой, как описано в наших руководствах по полировке деталей после ЧПУ-обработки, чтобы уменьшить трение и повысить усталостную прочность.

Рекомендации по проектированию и контролю точности деталей DMLS

При проектировании следует рассматривать DMLS как процесс получения заготовки: добавляйте 0,3–0,7 мм припуска под обработку на высокоточных поверхностях, совмещайте базовые поверхности с направлениями построения, минимизирующими деформации, и обеспечивайте доступ инструмента для ЧПУ-обработки. Для проверки точности и шероховатости мы используем измерения на координатно-измерительных машинах (CMM) по контрольным образцам, напечатанным вместе с деталью, а при необходимости — компьютерную томографию (КТ) для оценки внутренней геометрии и пористости.

В итоге технология DMLS для Inconel обеспечивает умеренную точность и относительно шероховатую поверхность, достаточную для функциональных прототипов и внутренних каналов. Однако при интеграции с высокоточными операциями — фрезерованием, шлифованием и полировкой — детали из Inconel, изготовленные методом DMLS, достигают уровня точности и качества поверхности, сопоставимого с традиционно изготовленными высокотемпературными компонентами.