Как очистить остатки порошка после 3D-печати металлом?

Однако основная проблема с очисткой остатков порошка — это трехсторонняя-битва между технологиями, безопасностью и стоимостью.
Проблема порошковой очистки при 3D-печати металлом возникает из-за особенностей процесса. Например, с помощью технологии селективного лазерного плавления (SLM) лазер плавит и наращивает металлический порошок, образуя трехмерную-структуру. Однако порошок, который не полностью расплавился, прилипнет к поверхности детали или останется в порах внутри. Если эти оставшиеся гранулы не будут полностью очищены, они вызовут три большие проблемы:
Проблемы с производительностью: остатки порошка могут засорять внутренние каналы потока, снижать плотность деталей и даже вызывать нарастание напряжения, что может привести к образованию трещин. Например, если на лопатках турбины авиационного двигателя останется порошок, срок его службы может сократиться вдвое или более.
Риск для безопасности: порошки активных металлов, такие как порошок титана и алюминия, могут легко окисляться на воздухе, что может привести к их взрыву. Статистика показывает, что 32% нарушений техники безопасности в мастерских по 3D-печати металлом происходят из-за того, что порошок не очищается должным образом.
Затраты вышли из-под контроля: ручная очистка крупных деталей занимает десятки часов, а степень восстановления порошка составляет менее 60%, что значительно увеличивает стоимость материалов. Однажды одной компании, производящей автомобильные компоненты, пришлось платить на 12 000 юаней больше за каждую единицу, поскольку процесс порошковой очистки был не очень эффективным.
2. Поэтапная процедура очистки: полный контроль процесса от широкого до тонкого.
Промышленность разработала «трехуровневую систему очистки», позволяющую увеличить скорость удаления порошка и повысить эффективность процесса. Это связано с тем, что разные этапы печати и качество деталей требуют разных типов очистки.
1. Базовая очистка: утилизация порошка внутри печатного отделения.
После завершения печати детали все еще находятся в слое порошка, и их необходимо собирать с помощью автоматизированного оборудования:
Вакуумная система всасывания порошка: использует технологию адсорбции под отрицательным давлением и регулируемые всасывающие насадки для быстрого сбора порошка с поверхности слоя порошка. Например, определенное устройство может вернуть более 95 % нерасплавленного порошка с помощью многоступенчатой ​​системы фильтрации. Распределение частиц порошка по размерам такое же, как и у исходного порошка.
Стол для вибрационного скрининга. Поместите полученный порошок обратно в вибросито и с помощью высокочастотной-вибрации отделите слишком крупный порошок. Некий производитель медицинских имплантатов использует ультразвуковое вибрационное сито для повышения чистоты порошка до 99,9%, что соответствует медицинскому стандарту ISO 13485.
2. Промежуточная очистка: Избавление от порошка на поверхности и в порах деталей.
Для деталей с частицами на поверхности и в неглубоких порах необходимо сочетание физических и химических процедур очистки:
Очистка струей под высоким-давлением. Используйте сжатый воздух под давлением 0,5–0,6 МПа, чтобы обернуть однотипные металлические частицы и очистить поверхность деталей, ударяя по ним. Некий производитель ортопедических имплантатов смог избавиться от 98% пористого порошка в устройстве для межпозвонкового спондилодеза, распылив его под разными углами. Шероховатость поверхности была снижена до Ra 0,8 мкм.
Очистка ультразвуковыми вибрациями. Поместите детали в специальный чистящий раствор и используйте высокочастотную-вибрацию выше 20 кГц, чтобы разорвать связь между порошком и поверхностью детали. Ультразвуковая очистка используется одним производителем лопаток авиационных двигателей для снижения количества порошка, остающегося во внутреннем канале потока лопатки, с 0,5 г до 0,02 г.
Очистка паровой баней: Для очистки паром масляных пятен и порошковых смесей используются галогенизированные углеводородные органические растворители. Одна компания, производящая валы коробок передач автомобилей, использовала паровую баню для очистки деталей до уровня чистоты 6 по NAS.
3. Очистка на более высоком уровне: глубокое удаление частиц изнутри сложных деталей конструкции.
В аэрокосмическом секторе необходимо специальное оборудование для полного удаления внутренних частиц из больших и сложных деталей конструкции.
Многоосевая вращающаяся на 360 град-платформа приводится в действие серводвигателем и вибрирует с высокой частотой (до 25 раз в минуту). Это сокращает время, необходимое для очистки порошка из сложных каналов потока, таких как глубокие отверстия и внутренние полости, на 90%. Например, роторный стол для порошковой очистки Huashu High Tech FS-PBS-12M может очищать заготовки размером 1530×1530×1700 мм и удалять 99% порошка.
Система порошковой очистки, безопасная от взрывов: для горючих и взрывоопасных порошков, таких как титановый и алюминиевый порошок, она имеет полностью защиту от инертного газа, отслеживает уровень кислорода в режиме реального времени и включает функцию сигнализации. Взрывозащищенная порошковая система очистки Tuobo Additive TCB-300 сертифицирована национальными властями и может обеспечить безопасность персонала, одновременно увеличивая степень извлечения порошка до более чем 90%.
3. Тенденция отраслевых инноваций: две силы, движущие перемены: интеллект и экологизация
По мере того, как 3D-печать металлом становится все более масштабной и точной, технология очистки остаточного порошка демонстрирует две новые тенденции:
Интеллектуальная система очистки: используйте технологию цифровых двойников для имитации распределения порошка и поиска оптимальных путей очистки. Используйте алгоритмы искусственного интеллекта для автоматического изменения частоты вибрации и давления впрыска, чтобы «одна машина могла делать много вещей». Например, компания создала интеллектуальную систему порошковой очистки, которая может автоматически составлять планы очистки на основе моделей деталей САПР. Это делает уборку на 40% более эффективной.
Переработка зеленого порошка. Создайте замкнутую-систему для всего процесса очистки, сортировки, сушки и переработки порошка, чтобы сократить количество отходов порошка. Используя технологию переработки порошка, конкретный производитель авиационных деталей сократил количество порошка, используемого в каждой детали, на 65 %, а количество выделяемой пыли — на 90 %.
4. Стандарты и нормы: от того, что делают предприятия, до того, с чем согласна вся отрасль.
Промышленность настаивает на создании последовательных стандартов для решения проблемы отсутствия требований к порошковой очистке:
Стандарт ASTM F3301 поясняет, как классифицировать чистоту поверхностей металлических 3D-печатных изделий, и устанавливает ограничения на количество остатков порошка, которые могут остаться в различных ситуациях.
Рекомендации ISO/ASTM 52921: дайте инструкции по безопасной эксплуатации оборудования для порошковой очистки, например, как проверять уровень кислорода и обеспечивать взрывобезопасность-оборудования.
Стандарты для всего бизнеса: например, компания Huashu High Tech разработала «Техническую спецификацию очистки металлическим порошком для 3D-печати», которая включает в себя все этапы процесса, от выбора правильного оборудования до установки правильных параметров процесса.