Ovplyvní podporný dizajn náklady po{0}}spracovaní?

1. Základné myšlienky, ktoré podporujú vzťah medzi dizajnom a nákladmi
Návrh podpory kovovej 3D tlače musí nájsť kompromis medzi „stabilným tvarovaním“ a „nákladovou efektívnosťou“. Hlavné myšlienky za tým sú priamo spojené s výdavkami na následné-spracovanie:
Myšlienka obmedzenia kontaktnej plochy
Existujú tri typy kontaktu medzi podperou a časťami: povrchový kontakt, líniový kontakt a bodový kontakt. Povrchový kontakt môže veci urobiť stabilnejšími, ale značne sťažuje následné{1}}spracovanie. Napríklad letecké držiaky z titánovej zliatiny s dizajnom povrchového kontaktu majú zvyškovú podpornú plochu 12 cm², čo si vyžaduje 5 hodín ručného leštenia na splnenie požiadavky drsnosti povrchu Ra1,6 μm. S dizajnom bodového kontaktu je zvyšková plocha iba 2,3 cm² a doba mechanického leštenia je iba 40 minút. Práca spoločnosti Suzhou Tianhong Laser ukazuje, že s každým zmenšením kontaktnej plochy o 1 cm² sa čas potrebný na následné{11}}spracovanie môže skrátiť o 15 % až 20 %.
Presná kontrola kritického uhla
rôzne procesy majú rôzne kritické uhly zavesenia: Proces SLM normálne potrebuje podporu pre konštrukcie, ktoré visia pod uhlom menej ako 30 stupňov, zatiaľ čo proces EBM môže uvoľniť kritický uhol na 35 stupňov, pretože sa topí pri vysokých teplotách. Metóda adaptívneho skenovania spoločnosti Leiming Laser umožnila tlačiť zavesené štruktúry bez podpory v malých uhloch od 5 stupňov do 35 stupňov zmenou hustoty výkonu lasera za chodu. Tým sa znížil počet potrebných podporných materiálov o 78 % a náklady na následné-spracovanie o 65 %.
Myšlienka šetrenia materiálom
Cena kovového prášku sa môže vyšplhať až na tisíce juanov za kilogram a plytvanie podpornými materiálmi okamžite zvyšuje ceny. Ak použijeme ako príklad zliatinu na báze niklu Inconel 718{2}}, štandardný návrh podpery vedie k plytvaniu až 18 %, zatiaľ čo stromová{4}}podporná štruktúra vytvorená optimalizáciou topológie dokáže udržať mieru odpadu pod 5 %. Príklad časti leteckého motora ilustruje, že vylepšená konštrukcia podpery znižuje náklady na jeden kus materiálu z 2300 juanov na 850 juanov, čo predstavuje pokles o 63 %.
2. Kľúčové prvky, ktoré podporujú náklady na spracovanie-po-návrhu
Podpora rizika trvalého fyzického zranenia
Poruchy tkaniva sa môžu vyskytnúť, keď podpora a rozhranie komponentu majú rôzne hodnoty tepelného napätia. Pri tlači s nehrdzavejúcou oceľou 316L sa môžu vytvárať hrubé stĺpcové kryštály tam, kde sa podpera mriežky stretáva s pevnou látkou. Vďaka tomu je oblasť o 15 % až 20 % mäkšia a únavová životnosť sa skracuje o 40 %. Aby sme sa zbavili týchto skrytých nebezpečenstiev, proces tepelného spracovania musí byť dlhší, čo znamená, že náklady na následné spracovanie jedného kusu sa zvýšia o 120 až 180 juanov.
Problém sprístupnenia komplikovanej konštrukčnej podpory
Turbínový kotúč v leteckom motore má vnútorný priemer kanála len 2 mm. Štandardná konštrukcia podpery spôsobuje deformáciu kanálovej časti o viac ako 8%, čo je potrebné opraviť elektrochemickým rozpúšťaním. Táto technika vyžaduje 41% hmotn. roztok kyseliny dusičnej na spracovanie pri 80 stupňoch počas 6 hodín. Cena jedného agenta je 350 juanov a existuje šanca na rovnomernosť korózie.
Skrytá cena za to, že musíte robiť veci ručne
Údaje z automatizovanej výrobnej linky BMW IDAM ukazujú, že pri procese odstraňovania je stále potrebný manuálny zásah, ktorý zaberá 35 % z celkového počtu hodín po-spracovaní. Náklady na prácu sú až 2,8 milióna juanov ročne na výrobnú linku, ktorá vyrába 10 000 kusov ročne. Robotický systém NetShape spoločnosti Rivelin Robotics využíva kontrolu sily spätnej väzby na dosiahnutie presnosti kontaktnej sily na úrovni 0,1 N. To znižuje potrebu manuálneho zásahu na menej ako 5 % a ušetrí viac ako 2 milióny juanov ročne.
3. Stratégie na hraniciach, ktoré pomáhajú pri optimalizácii dizajnu
Štruktúra, ktorá môže stáť sama o sebe vďaka generatívnemu dizajnu
Pomocou techník strojového učenia dokáže softvér Autodesk Netfabb automaticky zostaviť podporné štruktúry biomimetickej mriežky. Táto metóda znížila hmotnosť držiaka satelitu o 85 % a zbavila sa potreby tradičnej podpory. Zmenil tiež postup po-spracovaní z mechanického spracovania na jednoduché tepelné spracovanie a znížil cenu jedného kusu o 1200 juanov.
Spoločne prichádzame s novými nápadmi pre viac{0}}materiálové systémy
Technológia bimetalovej podpory od spoločnosti Belgian Materialise využíva skutočnosť, že Inconel 718 a čisté železo oxidujú rôznou rýchlosťou pri 800 stupňoch, aby sa podpora automaticky odlepila. Táto metóda znižuje množstvo zostávajúcej podpory na menej ako 0,01 mm, skracuje čas potrebný na následné-spracovanie zo 48 hodín na 8 hodín a ušetrí 650 juanov na kus.
Uzavretá slučka riadenia sledovania procesov
Vysoko{0}}rýchlostné kamery a infračervené senzory v systéme Siemens Process Sight sledujú tvar roztaveného bazéna v reálnom čase. Ak existuje možnosť nedostatočnej podpory, nastavenia lasera sa automaticky zmenia alebo sa vytvorí dodatočná podpora. Pri tlači komplikovanej časti prietokového kanála technológia znížila mieru defektov vďaka podpore z 18 % na 0,3 %, čo ušetrilo viac ako 500 000 juanov ročne na nákladoch na prepracovanie.