Soy un estudiante de primer año en la universidad y el profesor me pidió que escribiera un artículo sobre materiales metálicos. ! ! ¡Gracias a todos! !
[Editar este párrafo] Fatiga de materiales metálicos
Muchas piezas mecánicas y componentes de ingeniería trabajan bajo cargas alternas. Bajo la acción de cargas alternas, aunque el nivel de tensión es inferior al límite elástico del material, se producirá una fractura frágil repentina después de un largo período de ciclos de tensión repetidos. Este fenómeno se denomina fatiga de los materiales metálicos.
Las características de la fractura por fatiga de materiales metálicos son:
(1) La tensión de carga es alternante (2) El tiempo de acción de la carga es largo;
(3) La fractura es instantánea;
(4) Tanto los materiales plásticos como los frágiles son frágiles en la zona de fractura por fatiga.
Por lo tanto, la fractura por fatiga es la forma de fractura más común y peligrosa en ingeniería.
Según las diferentes condiciones, el fenómeno de fatiga de los materiales metálicos se puede dividir en los siguientes tipos:
(1) Fatiga de ciclo alto: se refiere al fenómeno de fatiga bajo estrés bajo (el la tensión de trabajo es inferior al límite de rendimiento del material, incluso inferior al límite elástico), fatiga del ciclo de tensión superior a 100.000. Esta es la falla por fatiga más común. La fatiga de ciclo alto generalmente se conoce como fatiga.
(2) Fatiga de ciclo bajo: se refiere a la fatiga con ciclos de tensión inferiores a 10 000 ~ 100 000 bajo tensión alta (tensión de trabajo cercana al límite elástico del material) o condiciones de alta deformación. Debido a que la deformación plástica alterna juega un papel importante en esta falla por fatiga, también se la denomina fatiga plástica o fatiga por deformación.
(3) Fatiga térmica: se refiere al daño por fatiga causado por la acción repetida del estrés térmico provocado por los cambios de temperatura.
(4) Fatiga por corrosión: se refiere al daño por fatiga de las piezas de la máquina bajo la acción combinada de cargas alternas y medios corrosivos (como ácidos, álcalis, agua de mar, gases reactivos).
(5) Fatiga de contacto: se refiere a la superficie de contacto de las piezas de la máquina. Bajo la acción repetida de la tensión de contacto, se producen picaduras y descamaciones o aplastamiento y descamación de la superficie, lo que provoca fallas y daños en las piezas.
Plasticidad de los materiales metálicos
La plasticidad se refiere a la capacidad de los materiales metálicos de producir deformación permanente (deformación plástica) bajo la acción de fuerzas externas sin destruirse. Cuando se estira un material metálico, su longitud y área de sección transversal cambian. Por lo tanto, la plasticidad del metal se puede medir mediante dos indicadores: el alargamiento de la longitud (alargamiento) y la contracción de la sección transversal (contracción de la sección transversal).
Cuanto mayor sea el alargamiento y la contracción del área de un material metálico, mejor será la plasticidad del material, es decir, el material puede soportar una mayor deformación plástica sin sufrir daños. Generalmente, los materiales metálicos con un alargamiento superior al 5% se denominan materiales plásticos (como el acero con bajo contenido de carbono) y los materiales metálicos con un alargamiento inferior al 5% se denominan materiales frágiles (como el hierro fundido gris). Los materiales con buena plasticidad pueden producir deformación plástica en un amplio rango macroscópico. Al mismo tiempo, los materiales metálicos se fortalecen mediante la deformación plástica, mejorando así la resistencia del material y garantizando el uso seguro de las piezas.
Además, los materiales con buena plasticidad se pueden procesar con éxito en algunos procesos de conformado, como estampado, doblado en frío, estirado en frío y enderezado. Por tanto, a la hora de seleccionar materiales metálicos como piezas mecánicas, se deben cumplir ciertos indicadores de plasticidad. Cuerda 2
Dureza del material metálico
La dureza indica la capacidad del material para resistir objetos duros que se presionan contra su superficie. Es uno de los indicadores de rendimiento importantes de los materiales metálicos. Generalmente, cuanto mayor sea la dureza, mejor será la resistencia al desgaste. Los indicadores de dureza más utilizados incluyen la dureza Brinell, la dureza Rockwell y la dureza Vickers.
1. Dureza Brinell
Presione una bola de acero endurecido de un tamaño determinado (normalmente 10 mm de diámetro) en la superficie del material con una carga determinada (normalmente 3000 kg) y manténgala durante un tiempo. período de tiempo. La relación entre la carga y el área de indentación después de la descarga es el valor de dureza Brinell (HB) y la unidad es kilogramo fuerza/milímetro cuadrado (N/mm2).
2. Dureza Rockwell (horas)
Cuando HB & gt450 o cuando la muestra es demasiado pequeña, no se puede utilizar la prueba de dureza Brinell y en su lugar se puede utilizar la medición de dureza Rockwell. Utiliza un cono de diamante con un ángulo de vértice de 120° o una bola de acero con un diámetro de 1,59 y 3,18 mm para presionar la superficie del material a probar bajo una determinada carga. La dureza del material se puede obtener de la. profundidad de sangría. Hay tres tipos diferentes de construcciones con arcilla, dependiendo de la dureza del material de prueba. HRA: Es la dureza medida con una prensa de cono de diamante bajo una carga de 60kg. Para materiales extremadamente duros (como el carburo).
HRB: La dureza se obtiene con una bola de acero templado con una carga de 100kg y un diámetro de 1,58mm, utilizada para materiales de menor dureza (como acero recocido, hierro fundido).
HRC: Es la dureza medida con una prensa de cono de diamante utilizando una carga de 150kg. Se utiliza para materiales con mayor dureza (como el acero templado).
3 Dureza Vickers (HV)
El valor de dureza Vickers (HV) se mide en la superficie del material utilizando una prensa de cono cuadrado de diamante con un ángulo de vértice de 136 y una carga dentro La presión de 120 kg se obtiene dividiendo la superficie del hoyo por el valor de la carga.
La prueba de dureza es el método de prueba más simple en pruebas de propiedades mecánicas. Para utilizar las pruebas de dureza para reemplazar ciertas pruebas de propiedades mecánicas, se necesita en la producción una relación de conversión más precisa entre dureza y resistencia.
La práctica ha demostrado que existe una correspondencia aproximada entre los distintos valores de dureza de los materiales metálicos y entre los valores de dureza y los valores de resistencia. Debido a que el valor de dureza está determinado por la resistencia a la deformación plástica inicial y la resistencia a la deformación plástica sostenida, cuanto mayor sea la resistencia del material, mayor será la resistencia a la deformación plástica y mayor será el valor de dureza.
[Editar este párrafo] Características de los materiales metálicos
Las propiedades de los materiales metálicos determinan el ámbito de aplicación y la racionalidad de la aplicación. El rendimiento de los materiales metálicos se divide principalmente en cuatro aspectos: propiedades mecánicas, propiedades químicas, propiedades físicas y propiedades de proceso. El metal es duro.
[Editar este párrafo] Propiedades mecánicas
(1) El concepto de tensión La fuerza ejercida sobre la unidad de área transversal dentro de un objeto se llama tensión. La tensión causada por una fuerza externa se llama tensión de trabajo, y la tensión equilibrada en un objeto sin fuerza externa se llama tensión interna (como tensión del tejido, tensión térmica, tensión residual después del procesamiento, etc.).
(2) Propiedades mecánicas. La capacidad del metal para resistir la deformación y la fractura bajo la acción de una fuerza externa (carga) a una determinada temperatura se denomina propiedades mecánicas de los materiales metálicos (también conocidas como propiedades mecánicas). Los materiales metálicos soportan muchas formas de cargas, que pueden ser cargas estáticas o cargas dinámicas, incluidas tensiones de tracción, tensiones de compresión, tensiones de flexión, tensiones de corte, tensiones de torsión, fricción, vibración e impacto, etc. Por separado o simultáneamente. Por tanto, los indicadores para medir las propiedades mecánicas de los materiales metálicos incluyen principalmente los siguientes:
1. Resistencia
Esto representa la capacidad máxima del material para resistir la deformación y el daño bajo la acción. de fuerzas externas, y se pueden dividir en Son el límite de resistencia a la tracción (σb), el límite de resistencia a la flexión (σbb), el límite de resistencia a la compresión (σbc), etc. Dado que los materiales metálicos tienen ciertas reglas a seguir desde la deformación hasta la destrucción bajo la acción de fuerzas externas, las pruebas de tracción generalmente se utilizan para emitir juicios. Es decir, los materiales metálicos se convierten en muestras de una determinada especificación y se estiran en una máquina de pruebas de tracción hasta que se deforman. la prueba como fractura. Los indicadores de resistencia determinados incluyen principalmente:
(1) Límite de resistencia: el esfuerzo máximo que un material puede resistir la fractura bajo la acción de una fuerza externa, generalmente se refiere al límite de resistencia a la tracción bajo tensión, expresado por σb, como la resistencia a la tracción. El límite de resistencia correspondiente al punto más alto b en el diagrama de prueba se usa comúnmente en megapascales (MPa), y la relación de conversión es: 1mpa = 1n/m2 = (9,8). c a la tensión máxima cuando el material se rompe (o la carga máxima que la muestra puede soportar); c Área de la sección transversal original de la muestra de tracción.
(2) Límite de elasticidad: cuando la fuerza externa soportada por una muestra de material metálico excede el límite elástico del material, aunque la tensión ya no aumenta, la muestra aún sufre una deformación plástica significativa. Este fenómeno se llama fluencia, es decir, cuando el material resiste una fuerza externa hasta cierto punto, su deformación ya no es proporcional a la fuerza externa, lo que resulta en una deformación plástica obvia. La tensión cuando se produce la fluencia se denomina límite elástico, representado por σs, y el punto S correspondiente a la curva de prueba de tracción se denomina punto elástico. Para materiales con alta plasticidad, habrá un límite elástico obvio en la curva de tracción, mientras que los materiales con baja plasticidad no tienen un límite elástico obvio y es difícil encontrar el límite elástico basado en la fuerza externa en el punto elástico.
Por lo tanto, en el método de prueba de tracción, la tensión cuando la longitud calibrada en la muestra produce una deformación plástica del 0,2% generalmente se especifica como límite elástico condicional, expresado como σ0,2. El índice de límite elástico se puede utilizar como base de diseño para piezas que no requieren deformación plástica obvia durante la operación. Sin embargo, para algunas piezas importantes, también se considera una relación límite elástico-resistencia más pequeña (σs/σb) para mejorar su seguridad y confiabilidad, pero en este momento la tasa de utilización del material también es baja.
(3) Límite elástico: la capacidad de un material de deformarse bajo la acción de una fuerza externa, pero de volver a su forma original después de que se retira la fuerza externa, se llama elasticidad. La tensión máxima a la que un material metálico puede mantener la deformación elástica es el límite elástico, que corresponde al punto E en el diagrama de ensayo de tracción y está representado por σe en megapascales (MPa): σe = Pe/FO donde Pe es el máximo externo. fuerza (o el material está bajo carga con la máxima deformación elástica).
2. Plasticidad,
(1) Dureza Brinell (código HB), bajo la carga especificada P, presione una bola de acero endurecido con un cierto diámetro D en la superficie de la muestra. , Cuando la carga se libera después de un cierto período de tiempo, quedará una muesca con un área de superficie de F en la superficie de la muestra y la dureza de la muestra se expresa por el tamaño de la carga por unidad de superficie. área de la muestra: HB = p/f. En aplicaciones prácticas, generalmente mida directamente el diámetro de la fosa y verifique el valor de dureza Brinell de la tabla de valores de dureza Brinell en función de la carga P y el diámetro de la bola de acero D ( (Obviamente, cuanto mayor sea el diámetro de la picadura, menor será la dureza y menor será el valor de dureza Brinell). Existe una cierta relación entre la dureza Brinell y la resistencia a la tracción del material: σb≈KHB, K es el coeficiente, por ejemplo, para acero con bajo contenido de carbono, K≈0,36, para acero con alto contenido de carbono, K≈0,34, para templado y revenido. acero aleado, K≈0.325,…etc.
(2) La dureza Rockwell (HR) presiona un penetrador cónico de diamante con un cierto ángulo de vértice (como 120) o una bola de acero endurecido con un cierto diámetro d en la superficie de la muestra bajo una cierta carga. P. Después de un cierto período de tiempo, se retira la carga y se deja una muesca de cierta profundidad en la superficie de la muestra. La profundidad de la fosa se mide automáticamente mediante una máquina de dureza Rockwell y se muestra como una lectura de dureza (obviamente, cuanto más profunda es la fosa, menor es la dureza y menor es el valor de dureza Rockwell). Según los diferentes penetradores y cargas, la dureza Rockwell se puede dividir en HRA, HRB y HRC, entre los cuales HRC es el más utilizado. Existe la siguiente relación de conversión entre la dureza Rockwell HRC y la dureza Brinell HB: HRC≈0.1HB. Además de la dureza Rockwell HRC y la dureza Brinell HB más utilizadas, también existen la dureza Vickers (HV), la dureza Shore (HS), la microdureza y la dureza Leeb (HL). Aquí me gustaría explicar la dureza de Leeb, que actualmente es el método más novedoso de caracterización de la dureza. Se mide utilizando un durómetro Leeb. Su principio de detección es: el dispositivo de impacto del durómetro Leeb libera el punzón de la posición fija y el punzón impacta rápidamente la superficie de la muestra. La velocidad de impacto y la velocidad de rebote del punzón a una distancia de 65438 ± 0 mm de la superficie de la muestra se miden mediante la inducción electromagnética de la bobina (la inducción es el voltaje de impacto y el voltaje de rebote), y la dureza Leeb se expresa mediante la relación de la velocidad de rebote del golpe al valor de la velocidad de impacto. Fórmula 1000: HL - valor de dureza Leeb; Vr - velocidad de rebote del punzón; Vi - velocidad de impacto del punzón (Nota: en los dispositivos de aplicación real, el voltaje de impacto y el voltaje de rebote inducidos por la bobina cerrada en el dispositivo de impacto representan la velocidad de impacto y voltaje de rebote. La estructura del dispositivo de impacto incluye principalmente un resorte incorporado (manguito de carga, diferentes tipos de dispositivos de impacto tienen diferentes energías de impacto), un tubo guía, un botón de liberación, una bobina y un marco incorporados, un anillo de soporte y un punzón. . El punzón utiliza principalmente dos esferas extremadamente duras, diamante y carburo de tungsteno (los diferentes tipos de impactadores tienen diferentes diámetros de punzón). Ventajas: El host del probador de dureza Leeb recibe la señal del dispositivo de impacto para su procesamiento y cálculo, y luego muestra el valor de dureza Leeb directamente en la pantalla. El durómetro Leeb portátil se puede convertir en dureza Brinell (HB), Rockwell (HRC), Vickers (HV) y Shore (HS) después de la medición con el durómetro Leeb (HL). O utilice directamente dureza Brinell (HB), dureza Rockwell (HRC), dureza Vickers (HV), dureza Leeb (HL) y dureza Shore (HS) para medir el valor de dureza de acuerdo con el principio de dureza Leeb, y también puede convertir la resistencia a la tracción. Gracias a la resistencia σb del material, los resultados de la medición también se pueden almacenar, imprimir directamente o enviar al ordenador para su posterior procesamiento. 4. Dureza
La capacidad de un material metálico para resistir daños bajo carga de impacto se llama dureza. La prueba de impacto se usa generalmente, es decir, cuando una muestra de metal de cierto tamaño y forma se somete a una carga de impacto en un modelo específico de máquina de prueba de impacto y se rompe, la energía de impacto consumida por unidad de área de sección transversal en la fractura. superficie representa la tenacidad del material: αk=Ak/F unidad J /cm2 o Kg? m/cm2, 1Kg? M/cm2 = 9,8J/cm2αk se denomina tenacidad al impacto de los materiales metálicos, Ak es la energía del impacto y f es el área de la sección transversal original de la fractura. 5. Límite de resistencia a la fatiga Bajo la acción de tensiones repetidas a largo plazo o tensiones alternas (las tensiones generalmente son menores que el límite elástico σs), el fenómeno de que un material metálico se rompa sin deformación obvia se llama falla por fatiga o fractura por fatiga. Esto se debe a que, por diversas razones, la tensión (concentración de tensión) en la superficie de la pieza es mayor que σs o incluso σb, provocando deformaciones plásticas o microfisuras en la pieza. A medida que aumentan las tensiones alternas repetidas, la grieta se expande y profundiza gradualmente (concentración de tensiones en la punta de la grieta), lo que lleva a esto. En aplicaciones prácticas, la muestra se somete a esfuerzos repetidos o alternos (esfuerzos de tracción, esfuerzos de compresión, esfuerzos de flexión o torsión, etc.) dentro del número especificado de ciclos (generalmente 106 ~ 107 veces para acero, 108 veces para metales no ferrosos). ) El esfuerzo máximo que puede soportar sin romperse.
) generalmente se considera como el límite de resistencia a la fatiga y se utiliza σ-6508. Además de los cinco indicadores de propiedades mecánicas más utilizados mencionados anteriormente, para algunos materiales con requisitos particularmente estrictos, como los materiales metálicos utilizados en la industria aeroespacial, nuclear y plantas de energía, también se requieren los siguientes indicadores de propiedades mecánicas: Límite de fluencia: dentro cierto El fenómeno de la deformación plástica lenta de un material a lo largo del tiempo bajo temperatura y carga de tracción constante se llama fluencia. Generalmente se usa la prueba de fluencia por tracción a alta temperatura, es decir, bajo temperatura constante y carga de tracción constante, el alargamiento por fluencia (alargamiento total o alargamiento residual) o la velocidad de alargamiento por fluencia de la muestra dentro de un tiempo específico está dentro de la tensión máxima en el relativamente constante la etapa no excede el valor especificado, expresado en MPa como límite de fluencia, donde τ es la duración de la prueba, t es la temperatura, δ es el alargamiento y σ es la tensión o v es la velocidad de avance; Límite de resistencia a la tracción a alta temperatura: la tensión máxima que la muestra puede soportar durante un tiempo específico sin romperse bajo temperatura constante y carga de tracción constante, expresada en MPa, donde τ es la duración, t es la temperatura y σ es la tensión. . Coeficiente de sensibilidad a la entalladura del metal: Kτ se expresa como la relación de tensión de la muestra con entalladura y la muestra lisa sin entalladura durante la misma duración (ensayo de resistencia a la tracción a alta temperatura): donde τ es la duración de la prueba, la tensión de la muestra con entalladura y la muestra lisa Qué estrés. O expresado como: es decir, bajo el mismo esfuerzo σ, la relación entre la duración de la muestra con muescas y la duración de la muestra lisa. Resistencia al calor: Capacidad de un material para resistir cargas mecánicas a altas temperaturas.
[Editar este párrafo]Propiedades químicas
Las propiedades químicas de los metales se denominan propiedades químicas de los metales. En aplicaciones prácticas, consideramos principalmente la resistencia a la corrosión y la resistencia a la oxidación de los metales (también llamada resistencia a la oxidación, que se refiere a la resistencia o estabilidad de los metales a la oxidación a altas temperaturas), así como entre diferentes metales, metales y no metales. efectos de los compuestos formados entre ellos sobre las propiedades mecánicas. Entre las propiedades químicas de los metales, especialmente la resistencia a la corrosión, es de gran importancia el daño por fatiga por corrosión de los metales.
[Editar este párrafo] Propiedades físicas
Las propiedades físicas de los metales se consideran principalmente las siguientes:
(1) Densidad (gravedad específica): ρ= Unidad P/V Gramos/centímetro cúbico o toneladas/metro cúbico, donde P es el peso y V es el volumen. En aplicaciones prácticas, además de calcular el peso de las piezas metálicas en función de la densidad, es muy importante considerar la resistencia específica del metal (la relación entre la resistencia σb y la densidad ρ) para ayudar en la selección del material, así como la impedancia acústica. en pruebas acústicas relacionadas con pruebas no destructivas (El producto de la densidad ρ y la velocidad del sonido c) y las diferentes capacidades de absorción de materiales con diferentes densidades en pruebas radiográficas.
(2) Punto de fusión: la temperatura a la que el metal cambia de sólido a líquido afecta directamente la fusión y el procesamiento térmico de los materiales metálicos y tiene una gran relación con las propiedades de alta temperatura del material. (3) El fenómeno de la expansión térmica que cambia (expansión o contracción) con los cambios de temperatura se llama expansión térmica, que a menudo se mide mediante el coeficiente de expansión lineal, es decir, la relación entre el aumento o la disminución de la longitud del material cuando el la temperatura cambia 1°C hasta su longitud a 0°C. La expansión térmica está relacionada con el calor específico del material. En aplicaciones prácticas, también se debe considerar el volumen específico (el aumento o disminución del volumen del material por unidad de peso, es decir, la relación entre volumen y masa), especialmente para piezas metálicas que trabajan en ambientes de alta temperatura o alternantes. En ambientes cálidos y fríos, se deben considerar sus propiedades de expansión.
(4) La propiedad de los objetos ferromagnéticos atraídos magnéticamente es el magnetismo, que se refleja en parámetros como la permeabilidad magnética, la pérdida por histéresis, la intensidad de la inducción magnética residual y la fuerza coercitiva. , de modo que los materiales metálicos se pueden dividir en materiales paramagnéticos y diamagnéticos, magnéticos blandos y magnéticos duros.
(5) Las propiedades eléctricas consideran principalmente su conductividad, lo que afecta su resistividad y pérdida por corrientes parásitas en ensayos electromagnéticos no destructivos.
[Editar este párrafo] Rendimiento del proceso
La adaptabilidad del metal a diversos métodos de procesamiento se denomina rendimiento del proceso, que incluye principalmente los siguientes cuatro aspectos:
( 1) Maquinabilidad: refleja la facilidad de cortar materiales metálicos con herramientas de corte (como torneado, fresado, cepillado, rectificado).
(2) Forjabilidad: refleja la dificultad de formar materiales metálicos durante el procesamiento a presión, como la plasticidad del material cuando se calienta a una cierta temperatura (representada por la resistencia a la deformación plástica), la plasticidad del procesamiento a presión en caliente. Rango de temperatura permitido, características de expansión y contracción térmica, límites críticos de deformación relacionados con la microestructura y propiedades mecánicas, fluidez y conductividad térmica del metal durante la deformación térmica, etc.
(3) Castabilidad: refleja la dificultad de fundir y fundir materiales metálicos en piezas fundidas, que se manifiesta en la fluidez, la absorción de gas, la oxidación, el punto de fusión y la uniformidad y densidad de la microestructura de la fundición. contracción en frío.
(4) Soldabilidad: refleja el rápido calentamiento local de los materiales metálicos, lo que hace que las piezas de conexión se derritan o semise fundan rápidamente (requiere presión), y la dificultad de hacer que las piezas de conexión se combinen firmemente en un todo. lo que se refleja en el punto de fusión, la variación durante la fusión, la oxidación, la conductividad térmica, las características de expansión y contracción térmica, la plasticidad, la correlación con la microestructura de la junta y los materiales cercanos y el impacto en las propiedades mecánicas.
Los principios, el flujo del proceso y las características técnicas de la tecnología de creación rápida de prototipos;
La creación rápida de prototipos pertenece a la creación de prototipos discretos/acumulativos. Basado en el principio de formación, se propone una nueva forma de pensar en el modelo dimensional, que consiste en almacenar en cuadrícula el modelo tridimensional de la pieza hecha en la computadora y superponerlo en capas para obtener la información de contorno bidimensional de la cruz de cada capa. sección. En base a esta información del contorno, se genera automáticamente la ruta de procesamiento. Bajo el control del sistema de control, el cabezal de moldeo solidifica o corta selectivamente el material de moldeo capa por capa para formar piezas de contorno de cada sección, que se apilan capa por capa en una pieza en bruto tridimensional. Luego, la pieza en bruto se procesa posteriormente para formar la pieza.
El proceso de creación rápida de prototipos es el siguiente:
l) Establecer un modelo tridimensional del producto. Dado que el sistema RP está controlado directamente por el modelo CAD 3D, primero se debe construir el modelo CAD 3D de la pieza a procesar. Los modelos CAD tridimensionales se pueden construir directamente mediante software de diseño asistido por computadora (como Pro/E, I-DEAS, Solid Works, UG, etc.). ), o los dibujos bidimensionales de los productos existentes se pueden convertir en modelos tridimensionales, o las entidades del producto se pueden escanear con láser y CT para obtener datos de la nube de puntos, y luego el modelo tridimensional se puede construir mediante ingeniería inversa. .
2) Procesamiento aproximado de modelos tridimensionales. Dado que los productos suelen tener algunas superficies irregulares de forma libre, es necesario aproximar el modelo antes del procesamiento para facilitar el procesamiento de datos posterior. El archivo en formato STL se ha convertido en un archivo de interfaz casi estándar en el campo de la creación rápida de prototipos con su formato simple y práctico. Utiliza una serie de pequeños planos triangulares para aproximarse al modelo original. Cada triángulo pequeño se describe mediante tres coordenadas de vértice y un vector normal, y el tamaño del triángulo se puede seleccionar de acuerdo con los requisitos de precisión. Los archivos STL tienen dos formas de salida: código binario y código ASCll. La forma de salida del código binario ocupa mucho menos espacio que la forma de salida del archivo del código ASCII, pero la forma de salida del código ASCII se puede leer y verificar. El software CAD típico tiene la función de convertir y generar archivos en formato STL.
3) Cortar el modelo tridimensional. De acuerdo con las características del modelo a procesar, se selecciona la dirección de procesamiento adecuada y el modelo aproximado se corta con una serie de planos a ciertos intervalos en la dirección de la altura de formación para extraer la información del perfil de la sección transversal. El espaciado es generalmente de 0,05 mm ~ 0,5 mm, y normalmente se utiliza 0,1 mm. Cuanto más corto sea el intervalo, mayor será la precisión del moldeo, pero cuanto mayor sea el tiempo de moldeo, menor será la eficiencia. Por el contrario, cuanto menor sea la precisión, mayor será la eficiencia.
4) Procesamiento de conformado. De acuerdo con el perfil de la sección transversal de la rebanada, bajo el control de la computadora, el cabezal formador correspondiente (cabezal láser o boquilla) realiza un movimiento de escaneo de acuerdo con la información del perfil de la sección transversal, apila el material capa por capa en el banco de trabajo. , y luego une las capas para finalmente obtener el producto Prototype.
5) Postprocesamiento de piezas moldeadas. Las piezas moldeadas se sacan del sistema de moldeo y se muelen, se pulen, se recubren o se colocan en un horno de alta temperatura para su posterior sinterización y mejorar aún más la resistencia.
Clasificación de la tecnología de creación rápida de prototipos;
La tecnología de creación rápida de prototipos se puede dividir en dos categorías principales según el método de creación de prototipos: tecnología láser basada en láser y otras fuentes de luz, como la máquina de estereolitografía. (SLA), fabricación de sólidos en capas (LOM), sinterización selectiva de polvo por láser (SLS), modelado por deposición de forma (SDM), etc. Tecnologías de inyección como el modelado por deposición fundida (FDM), la impresión tridimensional (3DP) y la deposición por chorro multifásico (MJD). A continuación se muestra una breve introducción a las tecnologías más maduras.
1. Proceso SLA (aparato de estereolitografía) El proceso SLA, también conocido como modelado luminoso o estereolitografía, fue patentado por Charles Hull de Estados Unidos en 1984. En 1988, American 3D Systems lanzó el prototipo comercial SLA-I, que fue la primera máquina de creación rápida de prototipos del mundo. Las máquinas de moldeo SLA ocupan una gran parte del mercado de equipos RP.
La tecnología SLA se basa en el principio de fotopolimerización de la resina líquida fotosensible. Este tipo de material líquido puede sufrir rápidamente una reacción de fotopolimerización bajo la irradiación de luz ultravioleta de una determinada longitud de onda e intensidad, el peso molecular aumenta bruscamente y el material cambia de líquido a sólido.
Principio de funcionamiento de SLA: el rayo láser lleno de resina líquida fotopolimerizable en el tanque de líquido se puede escanear sobre la superficie del líquido bajo la acción del espejo de desviación, la trayectoria de escaneo y la presencia o ausencia de luz. son controlados por la computadora. Allí donde incide la luz, el líquido se solidifica. Cuando comienza el moldeo, la plataforma de trabajo se encuentra a cierta profundidad por debajo del nivel del líquido. El punto de luz enfocado escanea punto por punto sobre la superficie del líquido según las instrucciones de la computadora, es decir, se solidifica punto por punto. Cuando se escanea una capa, las áreas no irradiadas siguen siendo resina líquida. Luego, la plataforma elevadora hace descender la plataforma una capa y la capa formada se cubre con una capa de resina. El raspador alisa la resina con mayor viscosidad y luego escanea la siguiente capa. La capa recién circulada se une firmemente a la capa anterior. Esto se repite hasta que se fabrica toda la pieza y se obtiene un modelo sólido tridimensional.
El método SLA es actualmente el método más investigado en el campo de la tecnología de creación rápida de prototipos y también es el método técnicamente más maduro. Las piezas formadas mediante el proceso SLA tienen alta precisión, la precisión del procesamiento generalmente puede alcanzar 0,1 mm y la tasa de utilización de materia prima es casi del 100%. Sin embargo, este método también tiene ciertas limitaciones, como la necesidad de soporte, la contracción de la resina que reduce la precisión y la toxicidad de la resina fotopolimerizable.
2. Proceso LOM (fabricación de objetos laminados) El proceso LOM se denomina fabricación de entidades laminadas o fabricación de entidades en capas. Fue desarrollado con éxito en 1986 por Michael Feygin de Helisys Company en Estados Unidos. El proceso LOM utiliza materiales finos como papel y películas plásticas. La superficie de la hoja está precubierta con una capa de pegamento termofusible. Durante el procesamiento, los rodillos de presión en caliente presionan con calor la hoja para que se adhiera a la pieza de trabajo formada debajo. Utilice un láser de CO2 para cortar el perfil transversal de la pieza y el marco exterior de la pieza de trabajo en la capa recién unida, y corte una rejilla alineada hacia arriba y hacia abajo en el área sobrante entre el perfil transversal y el marco exterior. Una vez completado el corte por láser, el banco de trabajo empuja la pieza de trabajo formada hacia abajo y la separa de la placa de tira. El mecanismo de alimentación hace girar el eje receptor y el eje de alimentación para mover la cinta de material y mover la nueva capa al área de procesamiento.
La junta de la pieza de trabajo sube al plano de procesamiento y es prensada en caliente por el rodillo caliente, lo que aumenta el número de capas de la pieza de trabajo en una capa y la altura en un espesor del material. Luego corta el contorno en una nueva capa. Repita este proceso hasta que todas las partes de la pieza estén pegadas y cortadas. Finalmente se retira el exceso picado, dando como resultado una pieza sólida fabricada en capas.
El proceso LOM solo necesita cortar el contorno de la sección de la pieza en la placa y no necesita escanear toda la sección. Por lo tanto, las piezas de paredes gruesas se forman más rápido y es más fácil fabricar piezas grandes. No hay cambio de fase del material durante el proceso y no es fácil causar deformación por deformación. El exceso de material entre el marco de la pieza y el perfil transversal actúa como soporte durante el procesamiento, por lo que el proceso LOM no requiere soporte. Las desventajas son un importante desperdicio de material y una mala calidad de la superficie.
3.Proceso SLS (sinterización selectiva por láser) El proceso SLS se llama sinterización selectiva por láser y fue desarrollado con éxito en 1989 por C.R. Dechard de la Universidad de Texas en Austin. El proceso SLS se fabrica a partir de materiales en polvo. Extienda el material en polvo sobre la superficie superior de la pieza moldeada y raspe hasta quedar plana. Se utiliza un láser de CO2 de alta intensidad para escanear la sección transversal de la pieza sobre la nueva capa recién colocada. Los polvos de material se sinterizan juntos bajo la irradiación de láseres de alta intensidad para obtener secciones transversales de las piezas y conectarlas a las piezas formadas debajo. A medida que se sinteriza una sección, se extiende una nueva capa de material en polvo y las secciones inferiores se sinterizan selectivamente.
Después de la sinterización, se elimina el exceso de polvo, se pulen y se secan las piezas.
La tecnología SLS se caracteriza por una amplia gama de materiales, pudiendo fabricar no sólo piezas de plástico, sino también piezas de cerámica, cera y otros materiales, especialmente piezas metálicas. Esto hace que el proceso SLS sea atractivo. El proceso SLS no requiere soportes porque no existe polvo sinterizado que actúe como soporte.
Proceso 4.3DP (impresión tridimensional) El proceso de impresión tridimensional fue desarrollado por E-manual Sachs del Instituto Tecnológico de Massachusetts. Ha sido comercializado por Soligen Company en Estados Unidos, denominado DSPC (Direct Shell Production Casting), y se utiliza para fabricar carcasas y núcleos cerámicos para fundición.
El proceso 3DP es similar al proceso SLS y utiliza materiales en polvo, como polvo cerámico, polvo metálico, etc. La diferencia es que el material en polvo no se une mediante sinterización, sino que la sección transversal de la pieza se "imprime" en el material en polvo mediante una boquilla utilizando un adhesivo (como por ejemplo silicona).
Las piezas unidas con adhesivos tienen poca resistencia y requieren un posprocesamiento. Primero se quema el aglutinante y luego se infiltra el metal a alta temperatura para densificar las piezas y aumentar su resistencia.
5. Proceso FDM (modelado por deposición fundida) La fabricación por deposición fundida (FDM) fue desarrollada con éxito por el académico estadounidense Scott Crump en 1988. Los materiales FDM son generalmente materiales termoplásticos, como cera, ABS, nailon, etc. Se come en forma de hilo. El material se calienta y se funde en la boquilla. La boquilla sigue los contornos de la sección transversal de la pieza y la trayectoria de llenado. Al mismo tiempo, el material fundido se extruye, se solidifica rápidamente y se condensa con el material circundante.
Descripción de la tecnología FDM
La tecnología FDM está diseñada y fabricada por Stratasys y se puede utilizar en una variedad de sistemas. Estos sistemas son FDM Maxum, FDM Titan, Prodigy Plus y Dimension. La tecnología FDM utiliza ABS, policarbonato (PC), polifenilsulfona (PPSF) y otros materiales. Estos materiales termoplásticos se extruyen en filamentos en un estado semifundido y los prototipos se construyen directamente a partir de datos CAD 3D mediante deposición capa por capa. Esta tecnología se utiliza comúnmente para moldeo, ensamblaje, pruebas funcionales y diseño conceptual. Además, la tecnología FDM se puede aplicar al muestreo y a la fabricación rápida.