Da li je teško podržati složene strukture kroz metalnu 3D štampu?

一, Potreba za podrškom:-mač sa dvije oštrice štampe sa složenom strukturom
U metalnoj 3D štampi, noseća konstrukcija služi mnogim svrhama:
Mehanička potpora: kako bi se ovjesne konstrukcije spriječile da padnu ili promijene oblik dok se štampaju zbog gravitacije ili topline. Na primjer, ako lopatice motora aviona nemaju potporu, njihovi tanki zidovi mogu se saviti tokom faze očvršćavanja bazena taline.
Upravljanje toplinom: Premještanje topline kroz potporne konstrukcije kako bi se spriječilo da lokalne temperaturne razlike postanu prevelike i kako bi se spriječilo stvaranje zaostalog naprezanja. Na primjer, kada se štampaju implantati od legure titanijuma, nosač može spriječiti stvaranje mikropukotina kada se materijal prebrzo ohladi.
Stabilnost procesa: U tehnologiji topljenja u sloju praha, noseći okvir drži dijelove na mjestu tako da se ne pomiču dok prah struji ili strugač udara u njih.
Ali postoje i veliki problemi sa postojanjem potpornih konstrukcija:
Otpad materijala: Količina pomoćnih materijala može činiti 30% do 50% ukupne težine dijelova, a teško ih je sve reciklirati.
Troškovi naknadne-obrade: Uklanjanje podrške sa mašina zahtijeva puno posla i može oštetiti površine komada. Na primjer, medicinske implantate je potrebno više polirati nakon što se ugrade kako bi ispunili standarde biokompatibilnosti.
Ograničenja u dizajnu: Tradicionalnim sistemima potpore potreban je ugao ovjesa veći od 45 stupnjeva, što otežava korištenje novih dizajna kao što su komplikovani unutrašnji kanali protoka i rešetkaste strukture.
2, Tehnički izazov: Ispitivanje karakteristika materijala i složenosti konstrukcija u isto vrijeme
1. Razlike u karakteristikama materijala otežavaju podršku
Fizičke i hemijske kvalitete različitih metalnih materijala uvelike utiču na proces potpore:
Titanijumska legura je veoma aktivna i lako reaguje sa kiseonikom i azotom i formira čvrst, krhki sloj. Treba ga zaštititi od inertnog plina kada se ne koristi. Na primjer, kada podržavate Ti6Al4V tiskane dijelove, količinu kisika treba držati ispod 50ppm, inače bi se mogli sami zapaliti.
Nerđajući čelik je veoma otporan na rđu i može se čistiti hemikalijama ili mlazom vode pod visokim{0}}pritiskom. Kada namočite oštrice od nehrđajućeg čelika 316L u alkalne otopine za čišćenje i koristite ultrazvučno čišćenje, možete se riješiti 99,5% praha.
Aluminijska legura ima nisku tačku topljenja i vjerovatno će promijeniti oblik kada se čisti tipičnim metodama čišćenja vibracijama. Da biste uklonili podršku sa AlSi10Mg štampe, potrebno je da koristite CO₂ tehnologiju snježnog mlaza, koja radi tako što udara čvrste čestice na niskoj temperaturi od -78,5 stepeni bez izazivanja koncentracije toplotnog stresa.
2. Učiniti strukture složenijim kako bi stvari bile teže
Složene arhitekture zahtijevaju povećane zahtjeve za nepodržanim procesima:
Porozna struktura: Porozni sloj u ortopedskim implantatima obično je manji od 3 mm, a količina preostalog praha treba da bude manja od 0,1 mg/cm². Određena medicinska kompanija koristi tehnologiju vakuumske adsorpcije i rotirajuće uređaje za 360 stepeni kako bi dobila stopu oporavka praha od 98,7%.
Tanko{0}}struktura sa tankim zidovima: ako je debljina zida lopatice avionskog motora manja ili jednaka 1 mm, potrebna mu je regulacija mehaničkog naprezanja da bi ostala na mjestu. GE koristi niskotemperaturno uklanjanje praha (hlađenje tečnim azotom na -196 stepeni) zajedno sa tretmanom starenjem kako bi se smanjilo zaostalo naprezanje na manje od 50MPa i spriječilo stvaranje pukotina.
Struktura unutrašnje šupljine: Za skidanje unutrašnjeg nosača šupljine turbinskog diska potrebno je izraditi posebne alate. Specifičan model turbinskog diska ima uklonjivu osovinu jezgra koja koristi centrifugalnu silu za izbacivanje praha i laminarni protok zraka (0,5 m/s) za duvanje duž površine, što zadovoljava standarde čistoće unutrašnje komore.
3, Nove ideje: od poboljšanja procesa do pametnog dizajna
1. Tehnologija štampanja bez nadzora prelazi granice tradicionalnog štampanja.
Neke komplikovane strukture su mogle da štampaju bez podrške prilagođavanjem putanje štampanja i karakteristika praha:
Mali ugao bez podrške formiranja: LiM-X260A oprema koju proizvodi Leiming Laser može štampati komponente od legure titanijuma koje su suspendovane od 5 stepeni do 35 stepeni optimizacijom gustine laserske energije i metode skeniranja. Dijelovi imaju gustinu od 99,9%.
Inteligentno planiranje putanje: Taktički tim na Kineskoj akademiji za tehnologiju vozila za lansiranje promijenio je raspodjelu veličine čestica praha (D50=45 μm) i brzinu laserskog skeniranja (800 mm/s). Također su koristili simulaciju raspodjele naprezanja kako bi omogućili nepodržano štampanje složenih struktura raketne kabine. Tačnost površine dostigla je milimetarski nivo, a potreba za naknadnom{4}}obradom smanjena je za 60%.
2. Poboljšana potporna struktura olakšava skidanje.
Rastvorljiva podrška: Državni univerzitet Arizona je smislio način da ukloni elektrohemijsku podršku štampanjem nosača od ugljeničnog čelika na delovima od nerđajućeg čelika i upotrebom rastvora azotne kiseline za selektivno erodiranje ugljeničnog čelika. Nosač debljine 7 mm može se u potpunosti skinuti za manje od 6 sati bez ozljeđivanja površine komada.
Dizajn tačke loma: Dodajte tačke loma u obliku pješčanog sata-u nosećoj konstrukciji i koristite unaprijed-podešene lokacije koncentracije napona da upravljate lomom. Na primjer, jedan dio automobila ima oslonac u obliku zuba-koji se može lako ukloniti uz samo malo sile. Oštećenje na površini je manje od 0,05 mm dubine.
3. Optimizacija simulacije čini podršku manje potrebnom.
Alati za simulaciju procesa, kao što je VoxelDance Engineering, mogu shvatiti kako će se toplotni stres rasporediti tokom štampanja i poboljšati konfiguraciju podrške. Na primjer, model zatvorenog radnog kola smanjio je potrebnu količinu potpore za 60% kroz simulaciju, skratio vrijeme štampanja na 50 sati i minimizirao mogućnost sudara strugača.