Kakav će utjecaj imati zaostala podrška na metalne 3D tiskane dijelove?

一, Moguća opasnost od zaostale potpore mehaničkim svojstvima dijelova
1. Koncentracija zaostalog naprezanja i rizik od pucanja
Kada se metal 3D ispisuje, zaostala naprezanja mogu se lako izgraditi na spoju između nosivog okvira i dijelova. To je zato što su koeficijenti toplinskog širenja različiti. Ako zaostala potpora nije potpuno eliminirana, mjesto gdje je koncentriran stres može biti mjesto na kojem počinje pukotina. Na primjer, ako se zaostala potpora ne ukloni tijekom ispisa lopatica zrakoplovnog motora, to bi moglo uzrokovati stvaranje napetosti na vrhu lopatice. To bi moglo dovesti do pukotina uzrokovanih zamorom i ograničiti vijek trajanja dijelova u radnim postavkama visoke-temperature. Istraživanje Sveučilišta Xi'an Jiaotong pokazuje da kada su dijelovi od legure titana poduprti netretiranim zaostalim naprezanjem, njihova razina zaostalog naprezanja je 30% do 50% veća nego što bi trebala biti, što ih čini daleko manje otpornima na zamor.
2. Nesređeni materijali
Preostala podrška mogla bi promijeniti način na koji je materijal strukturiran u komponenti. U postupku laserskog selektivnog taljenja (SLM), veza između nosača i dijela može generirati gruba zrna ili metastabilne fazne strukture zbog ponovljenih temperaturnih ciklusa. Istraživači sa Sveučilišta Beihang upotrijebili su difrakciju povratnog raspršenja elektrona (EBSD) kako bi otkrili da je veličina zrna koja podupiru rezidualno područje 2 do 3 puta veća od veličine supstrata. To čini materijal 15% do 20% manje tvrdim i utječe na njegovu otpornost na trošenje.
3. Odstupanje u geometrijskoj preciznosti
Preostala podrška može promijeniti veličinu samog dijela. Ako zaostala potpora stvara površinsku izbočinu od 0,1 mm u preciznim medicinskim implantatima poput acetabularnih čašica, to bi moglo izazvati iritaciju tkiva u tijelu nakon implantacije. -Primjer iz stvarnog svijeta iz poduzeća ilustrira da je zaostala potpora proizvela radijalno odstupanje dimenzija od 0,08 mm u određenom modelu turbinskog diska, što je bilo izvan prihvatljivog raspona i uzrokovalo je kvar cijelog sklopa stroja.
2, Preostala podrška ima loš učinak na kvalitetu površine.
1. Pogoršanje hrapavosti površine
Glodanje i poliranje brusnim papirom dvije su uobičajene mehaničke potpore koje mogu ostaviti ogrebotine na površini predmeta. Na primjer, nosači od legure kobalt-kroma mogu imati površinsku hrapavost Ra od 3,2 μm nakon ručnog poliranja brusnim papirom. Međutim, ta se vrijednost može smanjiti na 0,2 μm pomoću elektrokemijskog poliranja. Tvrtka s medicinskim uređajima kaže da su površinske nesavršenosti uzrokovane zaostalom podlogom povećale vjerojatnost da će proizvode trebati preraditi za 40% i povećale troškove proizvodnje.
2. Rizik od kemijskog onečišćenja
Ako ne kontrolirate ispravno koncentraciju otopine tijekom kemijskog nagrizanja kako biste uklonili potporu, mogli biste završiti s ravnomjernom korozijom ili rupičastom pojavom. Kada se dijelovi od aluminijske legure predugo ostave u kiseloj otopini za jetkanje, na površini će se pojaviti korozijske jamice široke 0,5 do 2 mm. To ih čini manje otpornima na koroziju. Određena tvrtka koja proizvodi automobilske dijelove izgubila je više od milijun juana u izravnim ekonomskim gubicima jer je zaostala podrška dovela do toga da mnogi dijelovi korodiraju na površini.
3. Problemi u zoni utjecaja topline (HAZ)
Kada se podržava lasersko rezanje, visoke temperature mogu proizvesti slojeve površinskog taljenja. Nakon laserskog rezanja, debljina pretopljenog sloja dijelova od visokotemperaturne-legure Inconel 718 može doseći 50–100 μm. Zbog toga su dijelovi 10%–15% manje tvrdi i utječe na njihovu čvrstoću na visokim temperaturama. Finim-podešavanjem postavki lasera (širina pulsa<10 μ s, peak current<5A), GE Additive has greatly enhanced the quality of the surface by controlling the thickness of the remelted layer to within 20 μ m.
3, Ograničenja koja rezidualna podrška postavlja na učinkovitost i troškove obrade
1. Cijena naknadnog-vremena obrade narasla je
Može biti potrebno 30% do 50% cjelokupnog proizvodnog ciklusa za obradu složenih strukturnih dijelova bez ičije pomoći. Na primjer, školjka komore za izgaranje određenog motora aviona ima kompliciranu unutarnju potpornu strukturu kojoj je potrebno 120 sati da se ručno skine. Ali kada koristite topive potporne materijale, vrijeme potrebno za otapanje se smanjuje na 8 sati po komadu, a učinkovitost se povećava 15 puta.
2. Rasipanje materijala i problemi s recikliranjem
Potporna konstrukcija troši mnogo metalnog praha. Na primjer, uz SLM tehnologiju, količina pratećeg materijala može činiti 20% do 30% ukupne količine koja se koristi. Ako ostatak nosača kontaminira prah (na primjer, ako se prah legure titana umiješa u nosač od nehrđajućeg čelika), cijena recikliranja će se povećati za 50% do 100%. Leiming Laser je smanjio količinu potpornog materijala koji se koristi za jedan model komponente za 40% poboljšanjem dizajna potpore. Ovo tvrtki štedi više od 2 milijuna juana godišnje na troškovima praha.
3. Troškovi habanja opreme i održavanja
Zamjena mehaničkih pomoćnih alata (kao što su brusne ploče i glodala) često povećava troškove održavanja opreme. Posebna tvrtka za proizvodnju kalupa kaže da je trošenje alata uzrokovano zaostalom podrškom podiglo godišnje troškove održavanja za 300.000 juana, a da je održavanje zastoja smanjilo proizvodni kapacitet za 15%.
4, Sustavne strategije za pomoć s preostalim problemima
1. Optimiziranje dizajna nosive konstrukcije
Optimizacija topologije: Koristite softver za simulaciju kao što je Magics za automatsku izradu laganih potpornih struktura koje će smanjiti kontaktno područje. Nakon prelaska na dizajn potpore poput stabla-, jedna je tvrtka smanjila broj potpornih materijala koje je koristila za 60%, a vrijeme potrebno za podršku za 75%.
Materijal koji se može otopiti: Vodo{0}}topivi nosači poput polivinil alkohola (PVA) koriste se za otapanje i uklanjanje složenih unutarnjih šupljina tako da ne dođu u međusobni dodir. PVA potporni materijal za opremu EOS M290 učinkovito se koristi za izradu dijelova za avione.
2. Tehnologija za podršku bez kontakta
Potpora ultrazvukom: upotreba visoko{0}}vibracije (20–40 kHz) za lomljenje potporne strukture, što je dobro za precizne dijelove. Sustav Sonic Mill može raditi s nosačima koji su manji od 0,5 mm u promjeru i imaju hrapavost površine manju od 0,4 μm.
Jetkanje plazmom: korištenje plazme niske{0}}temperature (mješavina plinova Ar i O2) za selektivno uklanjanje potpore bez izazivanja toplinskih posljedica. Magnaluxovo rješenje za magnetsko poliranje korišteno je za podupiranje nosača od legure kobalta i kroma, a kvaliteta površine zadovoljava medicinske zahtjeve.
3. Pametna regulacija parametara obrade
Rezanje s niskim stresom: Rezanje žicom (WEDM) koristi postavke sa širinom impulsa manjom od 10 μs i vršnom strujom manjom od 5 A za manji unos topline. Optimiziranjem parametara, određena je tvrtka uspjela upravljati debljinom pretopljenog sloja dijelova od legure titana nakon rezanja na unutar 15 μm.
Slojevito glodanje: Za raspoređivanje sila rezanja, tehnika slojevitog glodanja s malom dubinom rezanja (<0.2mm) and a high feed rate (>500 mm/min) koristi se za debele potporne sustave. Ovo je način na koji DMG MORI obradni centar s pet-osi kontrolira izobličenje uklanjanja potpore unutar 0,02 mm.
4. Zaštita i popravak nakon obrade
Popravak laserskom oblogom: Za mikro ogrebotine koje nastanu nakon uklanjanja nosača koristi se isti materijal za lasersku popravku obloge. Sloj obloge je debljine 10-50 μm i ima čvrstoću lijepljenja preko 400 MPa. Ovu tehnologiju upotrijebio je određeni proizvođač zrakoplovnih dijelova kako bi se površinska tvrdoća dijelova vratila na više od 95% projektirane vrijednosti.
Elektrokemijsko poliranje: korištenje elektrolita (kao što je mješavina fosforne kiseline i sumporne kiseline) za selektivno otapanje površinskih neravnina kako bi se dobila glatka završna obrada. Nakon elektrokemijskog poliranja, površinska hrapavost Ra dijelova od legure titana može se smanjiti s 3,2 μm na 0,2 μm, a njihova otpornost na koroziju može se povećati tri puta.