Aké sú riziká neúplného odstránenia prášku pri 3D tlači kovov?

一, Chyba procesu: Zvyšky prášku spôsobujú, že kvalita tlačených dielov je nepredvídateľná.
1. Príliš veľká drsnosť povrchu a problémy so štruktúrou
Kovová 3D tlač vytvára veci tavením kovového prášku po jednej vrstve. Ak sa zvyšky prášku úplne nevyčistia, povrch vytlačeného produktu bude mať hrbolčeky alebo diery. Napríklad pri tlači čepelí pre letecké motory môže zvyšný prášok titánovej zliatiny spôsobiť, že povrch bude drsnejší, než by mal byť, čo môže poškodiť výkon lietadla. Zvyškový prášok môže obmedziť dráhu laserového skenovania, čo môže viesť k poruchám nedostatku fúzie. Tieto chyby spôsobujú, že súčiastky sú oveľa slabšie a pravdepodobnejšie sa zlomia.


2. "Zóna uzamykania prášku", ktorá je vo vnútri komplikovaných štruktúr
Problém zvyškov prášku je najvýraznejší v zložitých sekciách, ktoré majú chladiace kanály, voštinové medzivrstvy alebo prstencové prietokové kanály. Napríklad vstrekovacia hlava niektorých motorov na kvapalný kyslík/petrolej má stovky otvorov, ktoré sú usporiadané. Keď ľudia prvýkrát začali používať pravidelné čistenie prúdením vzduchu a vibráciami, podiel zvyškového prášku bol až 8 %. Tieto zvyšné prášky môžu oxidovať a rásť pri zmenách teploty, čo môže zablokovať chladiace kanály a spôsobiť zlyhanie chladenia počas testovania spaľovania motora. V niektorých prípadoch môžu dokonca spôsobiť štrukturálne katastrofy.

3. Bezpečnostné riziká spojené s implantátmi s poréznou štruktúrou
V medicíne problém zvyškov prášku v 3D tlačených poréznych ortopedických implantátoch (ako sú zariadenia na medzistavcové fúzie a acetabulárne misky) priamo súvisí s bezpečnosťou pacientov. Ak kovový prášok nie je úplne odstránený, mohlo by dôjsť k uvoľneniu častíc v dôsledku trenia alebo erózie tekutiny po vložení implantátu do tela. To by mohlo vyvolať zápal alebo usadzovanie kovových iónov, čo by mohlo spôsobiť uvoľnenie alebo zlyhanie implantátu.

2, Bezpečnosť zariadenia: Zvyšky prášku môžu spôsobiť požiare, výbuchy a problémy so zariadením
1. Kovový prach, ktorý je horľavý a výbušný, môže spôsobiť výbuch.
Kovová 3D tlač využíva prášky ako titán, hliník, horčík a iné, ktoré sú veľmi výbušné. Čím menšie sú častice (zvyčajne 15–100 mikrónov), tým je pravdepodobnejšie, že vybuchnú. Napríklad dolná hranica výbušnosti hliníkového prášku vo vzduchu je len 40 g/m³. Ak sa vo vnútri zariadenia nahromadí zvyškový prášok a dostane sa do kontaktu so statickou elektrinou, iskrami alebo horúcimi povrchmi, môže dôjsť k výbuchu prachu, ktorý poškodí zariadenie alebo dokonca zraní ľudí.

2. Problémy s laserovým systémom a pohyblivými časťami
Zvyškový prášok môže zakryť šošovku, ktorá skenuje laser, alebo upchať trysku, ktorá podáva prášok, čo môže oslabiť energiu lasera alebo zastaviť podávanie prášku. Prášok, ktorý sa dostane do pohyblivých prvkov, ako sú koľajnice tlačovej platformy a rotujúce hriadele, môže tiež urýchliť opotrebovanie, čo môže spôsobiť zaseknutie zariadenia alebo zníženie jeho presnosti. Kvôli zvyškom prášku mala istá spoločnosť veľa porúch lasera a náklady na údržbu dosahovali až 30 % pôvodnej ceny zariadenia.

3. Ochranný systém inertného plynu nefungoval.
Kovová 3D tlač musí prebiehať v prostredí argónu alebo dusíka, aby sa zabránilo oxidácii; napriek tomu môžu zvyšky prášku upchať potrubie cirkulácie plynu, znížiť prietok ochranného plynu a zvýšiť lokálnu koncentráciu kyslíka nad prijateľnú úroveň. To nielenže znižuje kvalitu tlačených materiálov, ale môže to spôsobiť aj samovznietenie kovového prášku.

3, Výkon produktu: Zvyšky prášku oslabujú základné funkčné ukazovatele.
1. Znížené mechanické vlastnosti
Zvyšný prášok môže zmeniť hustotu tlačených predmetov a vytvoriť oblasti, kde sa vytvára napätie. Napríklad pri tlači štruktúr vyrobených z- ocele s vysokou pevnosťou môžu zvyšky prášku znížiť medzu klzu o 15 % až 20 %. To nie je dosť dobré pre letectvo, ktoré má veľmi prísne normy na kvalitu materiálu.

2. Nedokáže dobre zvládať teplo
Zvyšky prášku môžu upchať mikrokanály alebo rebrá na odvádzanie tepla v elektronických zariadeniach alebo častiach motora, ktoré sa potrebujú rýchlo zbaviť tepla. To môže výrazne znížiť účinnosť tepelnej vodivosti. Štúdia zistila, že s každým zvýšením podielu zvyškov prášku o 1 % môže výkon rozptylu tepla klesnúť o 5 % až 8 %.

3. Poškodenie schopnosti tesniť a odolávať korózii
Zvyšky prášku môžu poškodiť hustotu povrchu dielov v chemickom zariadení alebo námornom strojárstve a uľahčiť prenikanie korozívnych materiálov. Ak je napríklad na dielcoch z nehrdzavejúcej ocele zvyšky prášku, ktoré obsahujú chloridy, môže to spôsobiť bodovú koróziu alebo praskanie koróziou pod napätím.

4, Zdravie pracovníkov: dlhodobé-vystavovanie sa kovovému prachu predstavuje-dlhodobé riziko.
1. Poškodenie pľúc
Ak sú častice v kovovom prášku menšie ako 10 mikrónov, môžu sa dostať hlboko do pľúc a usadiť sa v alveolách, čo môže spôsobiť pneumokoniózu, bronchitídu alebo pľúcnu fibrózu. Napríklad dlhodobé vdychovanie prášku z titánovej zliatiny môže spôsobiť usadzovanie titánu v pľúcach, čo sa prejavuje kašľom a dýchavičnosťou.

2. Podráždenie pokožky a očí
Keď sa zvyšky prášku dostanú do kontaktu so špinavými pracovnými odevmi alebo povrchmi zariadení, môžu spôsobiť mechanické podráždenie alebo chemické poleptanie pokožky pracovníkov. Tiež prášok, ktorý sa dostane do očí, môže poškodiť rohovku alebo spôsobiť konjunktivitídu.

3. Možnosť otravy ťažkými kovmi
Niektoré kovové prášky, ako je kobalt a nikel, sú nebezpečné pre živé organizmy a dlhotrvajúci pobyt v ich blízkosti môže spôsobiť poškodenie mozgu, zlyhanie obličiek alebo rakovinu. Ióny kobaltu v kobaltovom-prášku zliatiny sa môžu absorbovať cez kožu alebo dýchacie cesty, čo vedie k „ochoreniu tvrdých zliatin“.

5, Riešenie: Systematický prístup k zlepšovaniu, od optimalizácie dizajnu až po vymýšľanie nových spôsobov, ako robiť veci.
1. Fáza návrhu: Použitie myšlienky „čistiteľnosti“
Riziko zvyškov prášku môžete znížiť zlepšením geometrickej štruktúry dielov (napríklad pridaním výfukových otvorov a minimalizovaním mŕtvych rohov) alebo použitím návrhu optimalizácie topológie. Napríklad letecké spoločnosti znížili podiel zvyškov prášku z 8 % na menej ako 1 % zmenou uhla výstupu chladiaceho kanála.

2. Proces tlače: zber inertného prachu a jeho filtrácia v niekoľkých fázach
ktoré znižujú riziko samovznietenia, používajte priemyselné vysávače so systémami mokrého predbežného{0}}odlučovania, ktoré absorbujú prach v inertných kvapalinách. Modulárny viacstupňový{2}} dizajn odstraňovania prachu, ako je systém permanentného filtra PPS, sa súčasne používa na to, aby filtračný prvok dlhšie vydržal a lepšie fungoval pri filtrovaní.

3. Po spracovaní: automatické čistenie prášku a podávanie správ o detekcii
Použite automatizované technológie, ako je obojsmerný náraz inertného plynu a čistenie ultrazvukovými vibráciami, spolu s CT skenovaním alebo detekciou röntgenových lúčov, aby ste vytvorili systém s uzavretým-cyklom pre „spätnú väzbu na detekciu práškového čistenia“. Napríklad lekárska spoločnosť použila systém spätnej väzby na detekciu CT na udržanie zvyškovej miery prášku implantátu pod 0,1 %.

4. Bezpečnostné pravidlá: Posilnite ochranu a núdzové riadenie
Operátori musia nosiť masky N95 alebo vyššie, okuliare odolné voči laseru-a ohňovzdorné-odevy. Musia tiež pravidelne absolvovať bezpečnostné školenia. Pracovisko musí mať kovové hasiace prístroje triedy D, vysávače odolné proti výbuchu-a hlásiče úniku plynu. Musí sa tiež pripraviť na to, čo robiť v prípade požiaru alebo výbuchu.