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如何焊接3D打印零件

3D金属打印过程容易捕获材料中的微观夹杂物和空隙。当这些部件被焊接时,这些微小的空隙凝结成大的孔隙气泡,由于孔隙区域的应力集中而削弱了焊缝。EB工业公司的John DeLalio解释了电子束焊接如何用于解决这个问题。

发布日期:2016年8月26日

cnc控制电子束焊接实现了定位精度和深度熔深,将四个单独的3D打印铝热交换器部分焊接成一个单独的组件,这是HVAC原型系统的核心。
3D金属印刷材料在焊接时容易发生孔隙率。焊接熔化材料的热量,引起微观空隙和包涵体以结合并形成显着的孔隙率。
但如果熔池第二次熔化,孔隙就会从焊接区域冒出来或蒸发。在换热器组件上进行两次焊接,使熔核精确地重新熔化,蒸发掉气孔。最终的接头具有适当的深度,最小的孔隙率,并且是密封的。
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添加剂制造(也称为3D金属印刷)是革命性的部分设计,开发和制造。但是,关于如何通过焊接加入3D印刷部件的讨论很少。挑战是,通过其性质,3D金属印刷过程容易捕获材料中的微观夹杂物和空隙。当这些部件焊接时,这些微空隙凝结成大气泡,趋势称为孔隙度.气孔是一个问题,因为气孔区域的应力集中削弱了焊缝。此外,高孔隙率会导致微观裂纹和泄漏路径。

在过去的50年里,我们一直致力于利用电子束和激光焊接技术提供精密焊接服务。这两种焊接方法在许多尖端零件的设计和制造中发挥了重要作用,这些零件传统上用于航空航天、汽车、能源和医疗设备等行业。但随着这些领域增材制造的兴起,我们现在看到了电子束和激光焊接的实用性和实用性的复苏,用于连接高度工程化的3D打印部件。

例如,我们最近与ThermoLift公司合作,这家长岛公司正在开发一种寒冷气候、天然气空调和热泵技术,该技术结合了加热、空调、将水暖设备整合到一台设备中,可以减少30%到50%的HVAC建设成本以及相关的温室气体排放。ThermoLift正在使用3D打印技术建造其Gen 2.0原型,其中包括设备的热交换器,一个由四部分组成的铝组件,它是系统的核心。这个关键的热交换器依靠内部的水和外部的高压氦气来传递热量。传统设计的管式换热器并不是一个选择,因为该设备利用独特的热特性来提取能量。ThermoLift唯一的选择是利用3D铝打印技术从头开始设计热交换器。

印刷热交换器的早期原型具有从印刷过程中未熔化的内部通道中除去过量的铝粉。通过印刷四个单独的热交换器部分,在第二代设计中解决了该问题,然后将其焊接在最终件中。这是焊接攻击的位置:焊缝必须精确定位,并且在渗透方面相当深,以便将部件置于鉴于装置的工作压力。另外,焊缝必须是气密性的,能够将氦质谱仪泄漏测试通过至1×10-8cc / he sec。

为了实现现场精度和深度渗透,电子束焊接是首选焊接方法。EB焊接不是手焊接操作,因此焊缝的位置可以使用CNC控制非常紧密控制。此外,EB焊接可以实现比任何其他焊接方法更深的焊接渗透,能够在铝中达到铝中的深度。但是,3D金属印刷材料在焊接时容易发生孔隙率。焊接熔化材料的热量,引起微观空隙和包涵体以结合并形成显着的孔隙率。但是,如果焊接池第二次熔化,则孔隙率可以从焊接区域冒出或蒸发。

幸运的是,电子束焊接技术可以从位置和深度上得到非常严格的控制。解决热升装置的方法是对接头进行两次焊接。通过击打焊缝两次,焊缝熔核被精确地重新熔化,气孔被蒸发掉——这是一个相当简单的解决方案,产生了优良的结果。接缝具有适当的深度,最小的孔隙度,并且是密封的。更重要的是,ThermoLift有他们的工作热交换器。

有了3D金属打印,设计师在设计零件的形式和功能时有很大的灵活性。但通常情况下,这些“设计好的”部件如果不采用更成熟的制造方法就无法完全制造出来。对于ThermoLift来说,在更传统的制造领域——尤其是精密焊接——获得专业知识、经验和技术是他们的换热器成功的关键。“EB工业是成功开发Gen 2.0换热器的关键合作伙伴,”ThermoLift的首席执行官Paul Schwartz说。“他们在电子束焊接方面的专业知识让我们克服了3D金属打印的局限性,这是其他任何连接方法都无法实现的。他们还以多年的金属零件制造实践知识支持我的团队,并绝对承诺不惜一切代价帮助我们实现目标。”

尖端技术是一件令人兴奋的事情,但人们倾向于低估已建立的、经过验证的技术作为创新的关键组成部分的价值。电子束焊接就是这样一种技术。在精度、可控性、重复性和焊接纯度方面仍然是无与伦比的,这种焊接工艺在许多高科技应用中仍然是至关重要的任务。

  • 玛蒂娜Chierici 写道:

    是否有任何能够模拟焊接过程的有限元模型,以定义受焊接影响的AM元素属性?

  • 乔安娜·马克 写道:

    非常有趣的是我在很长一段时间内搜索这个主题。我非常谨慎地阅读这篇文章,现在我得到了写博客的所有最佳信息三维金属零件.我很高兴我终于找到了我的主题的博客相似之处。谢谢你。

  • 乔安娜·马克 写道:

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