El mecanizado electroquímico pulsado ofrece una publicación AM única

28 de septiembre de 2023

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En el siguiente artículo de noticias ampliado, Kirk Gino Abolafia, director técnico de marketing y ventas de Voxel Innovations Inc, analiza el uso del mecanizado electroquímico pulsado (PECM) en el posprocesamiento de componentes metálicos fabricados aditivamente.

El crecimiento exponencial de la tecnología de fabricación aditiva ha proporcionado ventajas únicas a los fabricantes, como la reducción ocasional de los costos de fabricación asociados con la consolidación de operaciones/eliminación de ensamblajes complejos, así como la reducción del desperdicio de material en comparación con la fabricación sustractiva convencional. Además, la llegada de la fabricación aditiva metálica ha permitido la creación rápida de prototipos y una iteración más rápida del diseño de una amplia gama de piezas metálicas, incluidos algunos componentes críticos. Sin embargo, a medida que aumentan los volúmenes de piezas como resultado de la mayor demanda de FA, se exacerban las limitaciones menores de la tecnología.

Por ejemplo, al considerar los requisitos de diseño y materiales de piezas dentro de aplicaciones críticas (entornos con flujo de alta temperatura o estrés extremo), es posible que ciertas tolerancias y características no se puedan lograr con AM por sí solo.

La demanda de gran volumen de estas piezas de fabricación aditiva incentiva a las empresas a encontrar formas innovadoras de reducir los gastos de fabricación, a veces incluso a costa de la calidad. Para reducir costos, los fabricantes de aditivos están sacrificando el acabado de la superficie, la resolución y el tamaño de las características para mejorar las capacidades de producción mediante el uso de estrategias de escaneo láser más rápidas, polvos más grandes, líneas de capas más gruesas y más. En última instancia, esto ha creado una necesidad en la industria de fabricación aditiva de métodos de posprocesamiento asequibles y repetibles para piezas metálicas.

Las empresas de fabricación aditiva de metales buscan una operación secundaria de mecanizado/postprocesamiento que pueda alcanzar una mayor resolución y calidad de superficie, al tiempo que reduce los costos de producción en grandes volúmenes.

Esta noticia ampliada analizará un proceso único de eliminación de material llamado mecanizado electroquímico pulsado (PECM), un proceso capaz de producir superficies superacabadas, características pequeñas y alta repetibilidad en piezas metálicas de fabricación aditiva. En este artículo, analizaremos cómo funciona el proceso y explicaremos cómo PECM puede actuar como un proceso de mecanizado secundario y una operación de posprocesamiento para piezas metálicas de fabricación aditiva de gran volumen.

En resumen, PECM es un proceso de eliminación de material no térmico y sin contacto capaz de mecanizar superficies superacabadas y geometrías únicas en piezas metálicas de gran volumen y, alternativamente, puede actuar como un mecanizado secundario (o operación de posprocesamiento) en AM de metal. partes.

En lugar de utilizar fricción o calor, PECM utiliza electroquímica para disolver el material de la pieza de trabajo en la forma deseada. Se lanza un fluido electrolítico cargado dentro de un espacio microscópico entre la herramienta (cátodo) y la pieza de trabajo (ánodo), disolviendo el material de la pieza de trabajo a una velocidad proporcional a su proximidad al cátodo.

El proceso se comprende mejor aprendiendo cuatro términos clave:

PECM es capaz de ofrecer una alta repetibilidad debido a su desgaste de herramienta significativamente reducido; no hay calor ni contacto en el proceso. Además, como a PECM solo le preocupa la conductividad de una pieza determinada (en lugar de la dureza del material), puede mecanizar aleaciones resistentes como Inconel a un ritmo similar al del cobre o el aluminio.

El proceso se utiliza principalmente para mecanizar componentes críticos de dispositivos médicos y aeroespaciales, incluidos intercambiadores de calor de Inconel, accesorios óseos de nitinol, componentes de rayos X de molibdeno y palas de turbinas.

Sin embargo, otra aplicación crucial de PECM es el posprocesamiento de piezas fabricadas aditivamente.

Para la mayoría de las aplicaciones, el espesor promedio de la pared, la resolución y la calidad de la superficie producida por la fabricación aditiva no afectarían significativamente el ajuste, la forma o la función de la pieza. Sin embargo, en entornos críticos que requieren piezas con mayor resistencia a la fatiga, calidad de la superficie y tolerancias, la AM por sí sola no puede producir piezas ideales directamente desde la máquina AM. Por lo tanto, para mejorar estas características, la AM generalmente requiere un proceso de mecanizado secundario para aplicaciones críticas.

Por ejemplo, la mayoría de los procesos de fabricación aditiva de metales solo pueden alcanzar un espesor de pared mínimo de alrededor de 0,3-0,5 mm sin un proceso secundario. Sin embargo, una herramienta PECM dedicada puede reducir el espesor de la pared a menos de 50 um (<0,05 mm). Como no hay zonas afectadas por el calor ni vibración de la herramienta en PECM, puede mecanizar áreas de una pieza que de otro modo serían muy sensibles al calor o la vibración de la herramienta, incluidas paredes ultrafinas. Posteriormente, PECM podría repetir estas características cientos, o incluso miles, de veces sin desgaste de la herramienta.

Considere un álabe de turbina de aleación de níquel aditivo. Sin un proceso secundario, el espesor adicional de la hoja, la resolución y la calidad de la superficie (especialmente en superficies de piel baja) afectarían la funcionalidad, el rendimiento aerodinámico y la susceptibilidad a la corrosión y las microfisuras de la hoja.

PECM debe considerarse como un proceso de mecanizado secundario viable en piezas similares; Al crear bordes de salida más delgados en las palas de las turbinas y mejorar enormemente la calidad de su superficie, PECM podría mejorar potencialmente el rendimiento, la durabilidad y la seguridad de las palas de las turbinas aditivas.

PECM puede ser un complemento para operaciones de fabricación aditiva de metales de menor resolución y mayor volumen.

Las anomalías de la superficie inherentes a la AM pueden causar problemas importantes en piezas críticas (por ejemplo, introducir microfisuras en piezas aeroespaciales o disminuir la esterilidad de los dispositivos médicos). Estas irregularidades de la superficie pueden adoptar muchas formas, incluidos restos de estructuras de soporte, líneas de capa, menor resolución en las superficies de la capa inferior y material vuelto a fundir. Cada uno de estos problemas afecta directamente la funcionalidad, la resistencia a la corrosión, la esterilidad y la vida útil de una pieza determinada.

PECM, sin embargo, es capaz de mecanizar y terminar piezas AM simultáneamente. Según datos de Voxel Innovations, PECM redujo la calidad de la superficie de las piezas metálicas de AM de 5-10 µm (196-393 µin) Ra a >0,5 µm (19,6 µin) e incluso 0,1 µm (3,9 µin) Ra. Esta operación fue relativamente rápida en comparación con métodos más convencionales, como el fresado CNC, y es altamente repetible, capaz de crear características superacabadas idénticas en cientos o miles de piezas sin incurrir en desgaste de la herramienta.

En resumen, las capacidades de posprocesamiento y mecanizado secundario de PECM para piezas de aditivos metálicos proporcionan una variedad de ventajas únicas que los fabricantes de aditivos deberían considerar. Estas ventajas incluyen, entre otras, la capacidad de mecanizar áreas de paredes delgadas o térmicamente sensibles, eliminar una variedad de irregularidades de la superficie y, lo que es más importante, la capacidad de repetir estas características cientos o miles de veces en materiales resistentes sin utilizar herramientas. costos de reposición.

Kirk Gino Abolafia es el director técnico de marketing y ventas de Voxel Innovations, una empresa de fabricación avanzada especializada en el desarrollo de mecanizado electroquímico pulsado (PECM). Voxel recibió la certificación AS9100D, que incluye ISO 9001:2015, y el SGC de Voxel también recibió la certificación ISO 13485:2016. Abolafia ha escrito artículos técnicos para una variedad de publicaciones de fabricación, incluidas American Machinist, Orthopaedic Design & Technology, Aerospace Manufacturing & Design y Aero-Mag.

Para obtener más información sobre PECM, visite el Portal educativo de Voxel.

www.voxelinnovations.com

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