Mampatan kitaran dan strategi pengoptimuman proses penuh dalam peringkat pembangunan prototaip bahagian struktur seramik termaju

Dalam peringkat R&D dan prototaip seramik struktur arus perdana seperti alumina, zirkonia, silikon karbida dan silikon nitrida, proses tradisional selalunya tertakluk kepada kesesakan sistemik seperti kitaran pembukaan acuan yang panjang, pengecutan pensinteran yang besar, kesukaran pemprosesan keras yang tinggi dan kos percubaan dan ralat yang tinggi. Laluan "pemesinan acuan-sinter-keras" konvensional biasanya mengambil masa 4 hingga 8 minggu. Untuk mencapai lelaran yang cekap dalam pasaran global dengan persaingan teknologi yang sengit, pasukan R&D mesti melepaskan diri daripada pemikiran linear pembuatan tradisional dan secara sistematik memendekkan kitaran kalis lebih daripada 50% melalui pendigitalan pengacuan, ramalan simulasi dan pembezaan selepas pemprosesan.

1. Penyahbinaan sifat bahan dan sifat kesesakan kitaran

Untuk mencapai kejayaan dalam kitaran prototaip, kita mesti terlebih dahulu menjelaskan perbezaan sifat fizikal dan kimia empat teras seramik struktur dan kekangannya terhadap kadar penyelidikan dan pembangunan. Dari perspektif kejuruteraan bahan, alumina dan zirkonia, sebagai seramik oksida, mempunyai kematangan teknologi yang agak tinggi. Percanggahan teras terletak pada turun naik pengecutan yang disebabkan oleh aktiviti kelompok serbuk dan herotan geometri semasa pensinteran suhu tinggi. Terutamanya zirkonia, disebabkan oleh tingkah laku transformasi fasa yang kompleks (fasa tetragonal kepada peralihan fasa monoklinik) dan pengecutan volum sehingga 20%~25%, ia adalah mudah untuk retak atau meledingkan teruk semasa peringkat pensinteran jika terdapat kekurangan kawalan proses yang tepat.

Sebaliknya, silikon karbida dan silikon nitrida, sebagai seramik bukan oksida, mempunyai ciri ikatan kovalen yang sangat kuat, yang memberikan mereka sifat mekanikal suhu tinggi yang tiada tandingan, tetapi juga secara langsung membawa kepada kesukaran melampau pensinteran tanpa tekanan. Silikon karbida biasanya bergantung pada alat pensinteran khas atau laluan pensinteran reaktif, manakala silikon nitrida mempunyai keperluan yang ketat pada suasana pensinteran (seperti perlindungan nitrogen tekanan tinggi). Oleh itu, kesesakan pembuktian seramik bukan oksida selalunya tidak terletak pada bentuk geometri, tetapi dalam penerokaan sistem pensinteran dan penyahpepijatan berulang keluk suhu relau suhu tinggi. Logik teras mempercepatkan kalis adalah untuk menggantikan pembuatan acuan tradisional dengan pembuatan bahan tambahan digital atau pemotongan kosong kuasi-isostatik, dan menghapuskan sepenuhnya kitaran percubaan dan kesilapan "pembaikan ubah bentuk acuan" pensinteran melalui simulasi berangka.

2. Laluan proses teras untuk mempercepatkan keseluruhan proses

1. Teknologi pengacuan digital yang menghilangkan pergantungan acuan

Pada peringkat awal pengeluaran percubaan kelompok kecil sebanyak 1 hingga 10 keping, melabur dalam acuan keluli atau acuan suntikan akan membawa kos masa dan modal yang tidak dapat ditanggung. Untuk bahagian struktur yang kompleks, stereolitografi atau teknologi percetakan 3D pemprosesan cahaya digital harus diperkenalkan terlebih dahulu. Laluan pembuatan bahan tambahan ini boleh menukar secara langsung model CAD 3D kepada kosong pepejal, mengurangkan masa penyediaan alatan awal dari minggu ke hari. Ia amat sesuai untuk komponen alumina dan zirkonia yang mengandungi saluran mikro dalaman, saluran aliran kompleks atau ciri berdinding nipis.

Untuk bahagian struktur bersaiz besar, berbentuk blok atau berbentuk cakera, pemesinan hijau menunjukkan nilai praktikal yang sangat tinggi. Laluan ini menggunakan penekan isostatik sejuk (menyediakan kosong padat bersaiz besar atau kosong pra-sinter suhu rendah, dan kemudian menggunakan alat mesin CNC untuk melakukan pemotongan yang cekap dalam keadaan hijau "seperti kapur" bahan, dan akhirnya terus menghantarnya ke relau suhu tinggi untuk pensinteran. Kaedah ini memintas titik sakit kekerasan dan kesukaran sinter yang sangat tinggi selepas geometri seramik, mampatan mampatan. kitaran pengesahan bentuk kompleks kepada kurang daripada 48 jam.

2. Simulasi berangka dan pampasan untuk menyelesaikan kotak hitam pengecutan

Pensinteran seramik disertai dengan pengecutan volum yang teruk dan lompatan ketumpatan. Jika anda hanya bergantung pada pengalaman untuk mereka bentuk acuan atau membesarkan kosong, ia adalah mudah untuk jatuh ke dalam rawa pembaikan acuan berulang. Memperkenalkan perisian analisis unsur terhingga dalam peringkat reka bentuk untuk mensimulasikan bersama medan suhu, medan ketumpatan dan medan tegasan semasa proses penyahikat dan pensinteran adalah kunci untuk menghapuskan kos percubaan dan ralat. Oleh kerana pencetakan 3D atau proses pengacuan serbuk itu sendiri adalah berarah, kadar pengecutannya selalunya menunjukkan ciri anisotropik (contohnya, pengecutan paksi Z biasanya lebih besar daripada paksi X/Y).

Dengan memasukkan parameter reologi ke dalam sistem simulasi dan melakukan pampasan ubah bentuk songsang, jurutera boleh pra-membetulkan geometri pada peringkat model CAD untuk memastikan bahawa dimensi bahagian tersinter pertama jatuh terus dalam zon toleransi. Perlu diingatkan bahawa parameter pampasan pengecutan dalam model simulasi sangat bergantung pada kandungan pepejal serbuk khusus, formula pengikat dan keseragaman suhu relau, dan pangkalan data serbuk standard dalam makmal mesti diwujudkan untuk penentukuran.

3. Kawalan tepat sistem terma dan pensinteran pantas

Peringkat penyahikat dan pensinteran selalunya adalah lubang hitam masa yang tidak kelihatan dalam keseluruhan kitaran P&P. Semasa proses penyahikat, jika pengikat organik polimer di dalam bahagian cetakan 3D dipanaskan terlalu cepat, ia akan cepat mengewap dan menjana tekanan dalaman, mengakibatkan retakan mikro. Dengan menggunakan analisis termogravimetrik (TGA) untuk menjelaskan julat penguraian terma yang tepat bagi pengikat dan mereka bentuk zon kenaikan suhu perlahan bukan linear (seperti 200°C~500°C), masa pemeliharaan haba yang tidak perlu boleh dipendekkan dengan banyak.

Dalam proses pensinteran, kitaran pemanasan dan pegangan relau elektrik tradisional selalunya mengambil masa lebih daripada sepuluh jam. Pengenalan pemanasan berbantukan gelombang mikro atau relau pensinteran pantas kecekapan tinggi boleh mencapai pemanasan seragam dan pantas secara keseluruhan, memendekkan kitaran pensinteran sebanyak 40% hingga 60%, dan secara berkesan menyekat pertumbuhan bijian yang tidak normal.

3. Imbangan kecekapan dan pertukaran proses dalam peringkat pasca pemprosesan

Seramik termaju adalah sangat keras (cth. silikon karbida adalah kira-kira 9.5 pada skala Mohs dan zirkonium oksida adalah kira-kira 8.5). Jika anda secara membuta tuli mengejar penggilap cermin atau pengisaran berketepatan tinggi untuk semua permukaan semasa peringkat kalis, ia akan memperlahankan kadar penghantaran keseluruhan secara serius. Semasa proses penyelidikan dan pembangunan, permukaan berfungsi dan tidak berfungsi mesti dibezakan dengan ketat. Untuk permukaan yang tidak sesuai dan permukaan tidak kedap, kita harus bergantung secara langsung pada ketepatan pensinteran atau ketepatan pemprosesan hijau untuk mengelakkan pemprosesan mekanikal sekunder.

Untuk permukaan mengawan utama yang mesti diselesaikan, roda pengisar berlian tradisional mempunyai kecekapan pengisaran yang rendah dan terdedah kepada retakan mikro permukaan. Pada masa ini, pemprosesan berbantu ultrasonik perlu diperkenalkan untuk menggunakan getaran mikro frekuensi tinggi untuk mengurangkan daya pemotongan dan meningkatkan kualiti permukaan. Untuk lubang mikro tempatan atau alur berbentuk khas, pemprosesan berbantu laser tahap picosecond atau femtosecond digunakan untuk penyingkiran bahan yang tidak bersentuhan dan cekap, yang boleh menghilangkan kehilangan masa yang disebabkan oleh kehausan yang kerap dan penukaran alat alat berlian tradisional.

4. Pemikiran mendalam dan amaran risiko semasa peringkat pengesahan R&D

Dalam amalan kejuruteraan untuk mengejar kelajuan prototaip muktamad, kita mesti menyedari dengan jelas jurang prestasi fizikal antara laluan prototaip pantas dan laluan pengeluaran besar-besaran akhir. Bahagian struktur seramik yang disediakan melalui percetakan 3D atau teknologi prototaip pantas selalunya mempunyai masalah seperti keliangan mikroskopik yang tinggi dan ikatan antara lapisan yang tidak lengkap. Ini menyebabkan kekuatan lentur dan modulus Weber mereka biasanya jauh lebih rendah daripada bahagian yang dihasilkan secara besar-besaran menggunakan proses pensinteran penekan kering atau penekan panas.