Aký vplyv bude mať zvyšková podpora na kovové 3D tlačené časti?

一, Možné nebezpečenstvo zvyškovej podpory mechanických vlastností dielov
1. Koncentrácia zvyškového napätia a riziko vzniku trhlín
Keď je kov vytlačený 3D, môžu sa ľahko vytvárať zvyškové napätia v spojení medzi nosnou konštrukciou a časťami. Je to spôsobené tým, že koeficienty tepelnej rozťažnosti sú rôzne. Ak zvyšková podpora nie je úplne eliminovaná, miesto, kde sa koncentruje napätie, môže byť miestom, kde začína trhlina. Ak sa napríklad pri tlači lopatiek leteckého motora neodstráni zvyšková podpora, môže to spôsobiť nahromadenie napätia na hrote noža. Mohlo by to viesť k prasklinám spôsobeným únavou a obmedziť životnosť dielov pri prevádzke s vysokou-teplotou. Výskum univerzity Xi'an Jiaotong ukazuje, že keď sú diely zo zliatiny titánu podporované neupraveným zvyškovým napätím, ich úroveň zvyškového napätia je o 30 % až 50 % vyššia, ako by mala byť, čo ich robí oveľa menej odolnými voči únave.
2. Neorganizované materiály
Zvyšková podpora by mohla zmeniť spôsob, akým je materiál štruktúrovaný v komponente. V procese laserového selektívneho tavenia (SLM) môže spojenie medzi nosičom a dielom vytvárať hrubé zrná alebo metastabilné fázové štruktúry v dôsledku opakovaných teplotných cyklov. Výskumníci z Beihang University použili difrakciu spätného rozptylu elektrónov (EBSD), aby zistili, že veľkosť zrna podporujúca zvyškovú plochu je 2 až 3-krát väčšia ako veľkosť substrátu. Vďaka tomu je materiál o 15% až 20% menej tvrdý a ovplyvňuje jeho odolnosť proti opotrebovaniu.
3. Odchýlka v geometrickej presnosti
Zvyšková podpora môže zmeniť veľkosť samotnej časti. Ak zvyšková podpora vytvára povrchový výčnelok 0,1 mm v presných lekárskych implantátoch, ako sú acetabulárne misky, môže to spôsobiť podráždenie tkaniva v tele po implantácii. Reálny-príklad z firmy ilustruje, že zvyšková podpora spôsobila v určitom modeli turbínového kotúča odchýlku radiálneho rozmeru 0,08 mm, čo bolo mimo prijateľného rozsahu a spôsobilo zlyhanie celej zostavy stroja.
2, Zvyšková podpora má zlý vplyv na kvalitu povrchu.
1. Drsnosť povrchu sa zhoršuje
Frézovanie a leštenie brúsnym papierom sú dve bežné mechanické podpery, ktoré môžu zanechať škrabance na povrchu predmetov. Napríklad konzoly zo zliatiny kobaltu a chrómu môžu mať po ručnom vyleštení brúsnym papierom drsnosť povrchu Ra hodnotu 3,2 μm. Pomocou elektrochemického leštenia je však možné túto hodnotu znížiť na 0,2 μm. Obchod so zdravotníckymi pomôckami tvrdí, že povrchové nedokonalosti spôsobené zvyškom podpory spôsobili, že je o 40 % pravdepodobnejšie, že bude potrebné výrobky prepracovať, a zvýšili výrobné náklady.
2. Riziko chemického znečistenia
Ak počas chemického leptania na odstránenie podpory správne nekontrolujete koncentráciu roztoku, môžete skončiť s rovnomernou koróziou alebo jamkami. Keď sú diely z hliníkovej zliatiny ponechané v kyslom leptacom roztoku príliš dlho, vytvoria sa na povrchu korózne jamky, ktoré sú široké 0,5 až 2 mm. Vďaka tomu sú menej odolné voči korózii. Istá spoločnosť, ktorá vyrába súčiastky do áut, prišla o viac ako jeden milión juanov v priamych ekonomických stratách, pretože zvyšková podpora spôsobila, že veľa súčiastok na povrchu korodovalo.
3. Problémy v tepelne ovplyvnenej zóne (HAZ)
Keď laserové rezanie podporuje, vysoké teploty môžu vytvárať vrstvy povrchového pretavenia. Po rezaní laserom môže hrúbka pretavenej vrstvy dielov z vysokoteplotnej zliatiny Inconel 718 dosiahnuť 50–100 μm. Vďaka tomu sú diely o 10 % až 15 % menej tvrdé a ovplyvňuje to ich pevnosť pri vysokých teplotách. Jemným-doladením nastavení lasera (šírka impulzu<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, Limity, ktoré zvyšková podpora kladie na efektivitu a náklady pri spracovaní
1. Cena za čas po-spracovaní sa prehnala
Spracovanie zložitých konštrukčných dielov bez akejkoľvek pomoci môže trvať 30 až 50 % celého výrobného cyklu. Napríklad plášť spaľovacej komory určitého leteckého motora má komplikovanú vnútornú nosnú konštrukciu, ktorej ručné vzlietnutie trvá 120 hodín. Ale keď použijete rozpustné podporné materiály, čas potrebný na rozpustenie sa skráti na 8 hodín na kus a účinnosť sa zvýši 15-krát.
2. Plytvanie materiálmi a problémy s recykláciou
Nosná konštrukcia spotrebuje veľa kovového prášku. Napríklad pri technológii SLM môže množstvo podporných materiálov tvoriť 20 % až 30 % z celkového použitého množstva. Ak zvyšky nosiča kontaminujú prášok (napríklad ak sa prášok z titánovej zliatiny primieša do nosiča z nehrdzavejúcej ocele), náklady na recykláciu sa zvýšia o 50 % až 100 %. Leiming Laser znížil množstvo nosného materiálu použitého pre jeden model komponentu o 40 % zlepšením dizajnu podpery. To spoločnosti ušetrí viac ako 2 milióny juanov ročne na výdavkoch na prášok.
3. Náklady na opotrebovanie vybavenia a údržbu
Výmena mechanických podporných nástrojov (ako sú brúsne kotúče a frézy) často zvyšuje náklady na údržbu zariadení. Konkrétna spoločnosť vyrábajúca formy tvrdí, že opotrebovanie nástrojov spôsobené zvyškovou podporou zvýšilo ročné náklady na údržbu o 300 000 juanov a že údržba prestojov znížila výrobnú kapacitu o 15 %.
4, Systematické stratégie na pomoc pri problémoch so zvyškami
1. Optimalizácia návrhu nosnej konštrukcie
Optimalizácia topológie: Použite simulačný softvér ako Magics na automatické vytváranie ľahkých podporných štruktúr, ktoré znížia kontaktnú plochu. Po prechode na stromový- dizajn podpory jeden podnik znížil počet použitých podporných materiálov o 60 % a čas potrebný na podporu o 75 %.
Materiál, ktorý možno rozpustiť: Vo vode-rozpustné nosiče, ako je polyvinylalkohol (PVA), sa používajú na rozpustenie a odstránenie zložitých štruktúr vnútorných dutín, aby sa navzájom nedotýkali. Nosný materiál PVA pre zariadenie EOS M290 bol efektívne použitý na výrobu dielov pre lietadlá.
2. Technológia pre podporu bez kontaktu
Podpora ultrazvukom: Pomocou vysokofrekvenčných{0}}vibrácií (20 – 40 kHz) zlomíte nosnú štruktúru, čo je dobré pre presné súčiastky. Systém Sonic Mill môže pracovať s podperami, ktoré majú priemer menší ako 0,5 mm a drsnosť povrchu menšiu ako 0,4 μm.
Plazmové leptanie: Použitie nízkoteplotnej plazmy (zmes plynov Ar a O2) na selektívne odstránenie podpory bez tepelných následkov. Magnetické leštiace riešenie Magnalux bolo použité na podporu držiakov zo zliatiny kobaltu a chrómu a kvalita povrchu zodpovedá lekárskym požiadavkám.
3. Inteligentná regulácia parametrov spracovania
Rezanie s nízkym napätím: Rezanie drôtom (WEDM) využíva nastavenia so šírkou impulzu menšou ako 10 μs a špičkovým prúdom menším ako 5A na zníženie tepelného príkonu. Optimalizáciou parametrov dokázala konkrétna spoločnosť zvládnuť hrúbku pretavenej vrstvy dielov zo zliatiny titánu po rezaní do 15 μm.
Vrstvené frézovanie: Na rozloženie rezných síl sa používa technika vrstveného frézovania s malou hĺbkou rezu (<0.2mm) and a high feed rate (>500 mm/min) sa používa pre hrubé nosné systémy. Takto riadi päťosové obrábacie centrum DMG MORI- skreslenie pri odstraňovaní podpery v rozmedzí 0,02 mm.
4. Ochrana a oprava po spracovaní
Oprava laserovým povlakom: Pre mikro škrabance, ku ktorým dôjde po odstránení podpory, sa na opravu laserového povlaku použije rovnaký materiál. Obkladová vrstva má hrúbku 10–50 μm a pevnosť spoja nad 400 MPa. Túto technológiu použil istý výrobca leteckých dielov, aby vrátil povrchovú tvrdosť dielov na viac ako 95 % konštrukčnej hodnoty.
Elektrochemické leštenie: Použitie elektrolytu (ako je zmes kyseliny fosforečnej a kyseliny sírovej) na selektívne rozpustenie povrchových nerovností, aby sa dosiahol hladký povrch. Po elektrochemickom leštení sa môže povrchová drsnosť Ra častí z titánovej zliatiny znížiť z 3,2 μm na 0,2 μm a ich odolnosť proti korózii sa môže zvýšiť trojnásobne.