Kakav će uticaj rezidualna potpora imati na metalne 3D štampane delove?

一, Moguća opasnost od preostalog oslonca na mehaničke kvalitete dijelova
1. Koncentracija zaostalog naprezanja i rizik od pucanja
Kada se metal štampa 3D, zaostala naprezanja se lako mogu stvoriti na spoju između nosećeg okvira i delova. To je zato što su koeficijenti toplinske ekspanzije različiti. Ako zaostali oslonac nije u potpunosti eliminiran, mjesto gdje je koncentriran napon može biti mjesto gdje počinje pukotina. Na primjer, ako se preostali oslonac ne ukloni dok se štampaju noževi avionskog motora, to bi moglo uzrokovati naprezanje na vrhu oštrice. To može dovesti do zamornih pukotina i ograničiti vijek trajanja dijelova u servisnim postavkama na visokim{5}}temperaturama. Istraživanje Univerziteta Xi'an Jiaotong pokazuje da kada su dijelovi od legure titanijuma poduprti neobrađenim zaostalim naprezanjem, njihov nivo zaostalog naprezanja je 30% do 50% veći nego što bi trebao biti, što ih čini daleko manje otpornim na zamor.
2. Neorganizovani materijali
Preostala podrška može promijeniti način na koji je materijal strukturiran u komponenti. U procesu laserskog selektivnog topljenja (SLM), veza između nosača i dijela može stvoriti gruba zrna ili metastabilne fazne strukture zbog ponovljenih temperaturnih ciklusa. Istraživači sa Univerziteta Beihang koristili su difrakciju povratnog raspršivanja elektrona (EBSD) kako bi otkrili da je veličina zrna koja podržavaju zaostalu površinu 2 do 3 puta veća od veličine supstrata. To čini materijal 15% do 20% manje tvrdim i utiče na njegovu otpornost na habanje.
3. Odstupanje u geometrijskoj preciznosti
Preostali oslonac može promijeniti veličinu samog dijela. Ako rezidualna potpora stvara izbočenje površine od 0,1 mm u preciznim medicinskim implantatima kao što su acetabularne čašice, to bi moglo izazvati iritaciju tkiva u tijelu nakon implantacije. Primjer iz stvarnog-svijeta iz poslovanja ilustruje da je zaostali oslonac proizveo odstupanje radijalnih dimenzija od 0,08 mm u određenom modelu turbinskog diska, što je bilo izvan prihvatljivog raspona i uzrokovalo kvar cijelog sklopa mašine.
2, Preostala potpora ima loš utjecaj na kvalitetu površine.
1. Pogoršava se hrapavost površine
Glodanje i poliranje brusnim papirom su dvije uobičajene mehaničke potpore koje mogu ostaviti ogrebotine na površini predmeta. Na primjer, nosači od legure kobalt hroma mogu imati površinsku hrapavost Ra vrijednost od 3,2 μm nakon što su ručno polirani brusnim papirom. Međutim, ova vrijednost se može spustiti na 0,2 μm pomoću elektrohemijskog poliranja. Poduzeće za medicinske uređaje kaže da su površinske nesavršenosti nastale zbog zaostalih potpora za 40% vjerojatnije da će proizvodi morati biti prerađeni i da su povećali troškove proizvodnje.
2. Rizik od hemijskog zagađenja
Ako ne kontrolirate pravilno koncentraciju otopine tijekom kemijskog jetkanja kako biste eliminirali potporu, mogli biste završiti s ravnomjernom korozijom ili pittingom. Kada se dijelovi od legure aluminija predugo ostave u kiseloj otopini za jetkanje, na površini će se razviti korozijske jame širine 0,5 do 2 mm. To ih čini manje otpornim na koroziju. Određena kompanija koja proizvodi automobilske dijelove izgubila je više od milion juana u direktnim ekonomskim gubicima jer je zaostala podrška dovela do toga da mnogi dijelovi korodiraju na površini.
3. Problemi u zoni uticaja toplote (HAZ)
Kod nosača za lasersko rezanje, visoke temperature mogu proizvesti slojeve površinskog pretopljenja. Nakon laserskog rezanja, debljina pretopljenog sloja Inconel 718 dijelova od visokotemperaturne legure može doseći 50-100 μm. To čini dijelove 10-15% manje tvrdim i utiče na njihovu čvrstoću na visokim temperaturama. Finim-podešavanjem postavki lasera (širina impulsa<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 efikasnost i troškove obrade
1. Cijena vremena za po-u obradu je porasla
Može potrajati 30% do 50% cjelokupnog proizvodnog ciklusa za obradu složenih strukturnih dijelova bez ikakve pomoći. Na primjer, ljuska komore za izgaranje određenog motora aviona ima složenu unutrašnju potpornu strukturu kojoj je potrebno 120 sati da se ručno poleti. Ali kada koristite rastvorljive potporne materijale, vreme koje je potrebno za otapanje se smanjuje na 8 sati po komadu, a efikasnost se povećava za 15 puta.
2. Rasipanje materijala i problem reciklaže
Potporna konstrukcija troši mnogo metalnog praha. Na primjer, sa SLM tehnologijom, količina pratećih materijala može činiti 20% do 30% ukupne utrošene količine. Ako ostatak nosača kontaminira prah (na primjer, ako se prah legure titana umiješa u podlogu od nehrđajućeg čelika), cijena recikliranja će porasti za 50% do 100%. Leiming Laser je smanjio količinu potpornog materijala koji se koristi za jedan model komponente za 40% poboljšanjem dizajna nosača. Ovo kompaniji štedi više od 2 miliona juana godišnje na troškovima praha.
3. Troškovi habanja opreme i održavanja
Zamjena mehaničkih potpornih alata (kao što su brusilice i glodala) često povećava troškove održavanja opreme. Specifična kompanija za proizvodnju kalupa kaže da je habanje alata uzrokovano zaostalom podrškom povećalo godišnje troškove održavanja za 300.000 juana, a da je održavanje zastoja smanjilo proizvodni kapacitet za 15%.
4, Sistematske strategije za pomoć kod preostalih problema
1. Optimizacija dizajna noseće konstrukcije
Optimizacija topologije: Koristite softver za simulaciju kao što je Magics da automatski kreirate lagane potporne strukture koje će smanjiti kontaktnu površinu. Nakon prelaska na drvo-poput dizajna podrške, jedno preduzeće je smanjilo broj potpornih materijala koje je koristilo za 60% i vrijeme potrebno za podršku za 75%.
Materijal koji se može otopiti: Nosači-topivi u vodi kao što je polivinil alkohol (PVA) se koriste za rastvaranje i uklanjanje složenih unutrašnjih konstrukcija šupljina tako da ne dolaze u dodir jedna s drugom. PVA potporni materijal za EOS M290 opremu je efikasno korišćen za izradu delova za avione.
2. Tehnologija za podršku bez kontakta
Podrška uz ultrazvuk: korištenje visoko-vibracije (20–40 kHz) za razbijanje potporne strukture, što je dobro za precizne dijelove. Sonic Mill sistem može raditi sa nosačima koji su manji od 0,5 mm u prečniku i imaju hrapavost površine manju od 0,4 μm.
Plazma graviranje: Korištenje plazme niske-(mješavine plinova Ar i O2) za selektivno uklanjanje potpore bez izazivanja termičkih posljedica. Magnalux-ovo rješenje za magnetno poliranje korišteno je za podupiranje nosača od legure kobalt hroma, a kvalitet površine je u skladu sa medicinskim zahtjevima.
3. Pametna regulacija parametara obrade
Rezanje niskog naprezanja: Rezanje žice (WEDM) koristi postavke sa širinom impulsa manjom od 10 μs i vršnom strujom manjom od 5A za smanjenje unosa topline. Optimizacijom parametara, određena kompanija je bila u mogućnosti da upravlja debljinom pretopljenog sloja delova od legure titanijuma nakon rezanja do 15 μm.
Slojevito glodanje: Za raspoređivanje sila rezanja, tehnika slojevitog glodanja sa malom dubinom rezanja (<0.2mm) and a high feed rate (>500 mm/min) koristi se za debele potporne sisteme. Ovako DMG MORI-jev pet-osni obradni centar kontrolira izobličenje uklanjanja potpore unutar 0,02 mm.
4. Zaštita i popravka nakon obrade
Popravak laserskom oblogom: Za mikro ogrebotine koje se javljaju nakon uklanjanja potpore, isti materijal se koristi za popravak laserske obloge. Sloj obloge je debljine 10-50 μm i ima čvrstoću vezivanja od preko 400 MPa. Ovu tehnologiju je upotrijebio određeni proizvođač zrakoplovnih dijelova kako bi se površinska tvrdoća dijelova vratila na više od 95% projektne vrijednosti.
Elektrohemijsko poliranje: Korištenje elektrolita (kao što je mješavina fosforne i sumporne kiseline) za selektivno otapanje površinskih neravnina kako bi se dobila glatka završna obrada. Nakon elektrohemijskog poliranja, površinska hrapavost Ra dijelova od legure titana može se smanjiti sa 3,2 μm na 0,2 μm, a njihova otpornost na koroziju može se povećati za tri puta.