Каковы распространенные способы поддержки 3D-печати металлом?

一, Традиционная механическая поддержка: поиск баланса между ущербом и эффективностью
1. Разбирать инструменты вручную: легко, но опасно
Для элементарных геометрических элементов люди до сих пор в основном используют ручные инструменты, такие как плоскогубцы и пинцеты. Например, при печати рабочего колеса из титанового сплава оператору приходится медленно отрывать его вдоль линии соединения опоры и секций. Однако этот процесс имеет некоторые большие проблемы:
Концентрация напряжений в точке контакта. Инструменты могут легко вызвать деформацию или даже разрушение тонкостенных-конструкций или консольных конструкций, когда они оказывают на них нагрузку. В одной ситуации с топливной форсункой авиационного двигателя удаление опоры вручную привело к образованию микротрещин на участке с толщиной стенки 0,3 мм, а окончательный процент брака составил 15%.
Повреждения поверхности: После плавления при высоких температурах металлический порошок прочно прилипает к основе. Принудительный пилинг обычно оставляет царапины или ямки. Когда вы снимаете ручную опору для медицинских имплантатов, шероховатость поверхности (значение Ra) обычно превышает 10 мкм, что намного превышает клинические требования в 2 мкм.
2. Обработка на станках с ЧПУ: баланс между точностью и стоимостью.
Фрезерование с ЧПУ теперь — лучший способ изготовления-прецизионных деталей. Пяти-обрабатывающий центр с рычажным механизмом немецкой компании EOS может устранить остаточную поддержку до уровня 0,01 мм. Но есть две большие проблемы с этой технологией:
Отходы материала. Чтобы сэкономить время обработки, при проектировании детали необходимо использовать больше материалов. Это означает, что используется только от 20% до 30% порошка.
Порог для оборудования: высокотехнологичные станки с ЧПУ стоят более миллиона долларов, что слишком дорого для малого и среднего-бизнеса. Это затрудняет более широкое использование технологии.
3. Очистка с помощью вибрации и воздушного потока: последняя линия защиты сложных конструкций.
В местах, к которым машинам трудно добраться, например, внутренние каналы или поперечные отверстия, для порошковой очистки требуется сочетание вибрации и потока воздуха под высоким-давлением. Система TCB-100 компании Zhejiang Tuobo позволяет избавиться от более чем 95 % остатков порошка за счет трехмерной вибрации при вращении на 360 градусов и сжатого воздуха с давлением 0,6 МПа. Но эта стратегия усложняет проектирование несущих конструкций:
Ограничение апертуры: если диаметр канала потока менее 2 мм, порошок, скорее всего, останется вместе из-за капиллярного действия. Для его очистки необходима ультразвуковая порошковая чистка.
Проблема с использованием энергии: вибрационный стол работает 8 часов подряд и потребляет 15 кВтч электроэнергии, что повышает себестоимость продукции.
2. Неподдерживаемая техника печати: избавление от проблем с пост-обработкой исходного кода
1. Оптимизация параметров процесса: точный контроль энергозатрат.
Velo3D смог печатать крошечные угловые структуры с углами от 5 до 35 градусов без поддержки, изменяя мощность лазера и размер пятна на лету. Основная идея:
Управление тепловложением: Чтобы предотвратить перегрев ванны расплава и ее разрушение, уменьшите плотность мощности в зоне подвешивания до 80 Вт/мм² (обычный процесс составляет 120 Вт/мм²).
Новый способ диспергирования порошка: Толщину слоя порошка можно регулировать в пределах ± 5 мкм, распыляя порошок через переднюю воронку и собирая его с помощью заднего всасывающего устройства. Таким образом, потребность в поддержке снижается.
2. Система обратной связи-в реальном времени: конец замкнутого-управления циклом
Технология EOS Smart Fusion использует камеры оптической томографии (ОТ), чтобы следить за температурой ванны плавления, и алгоритмы искусственного интеллекта для изменения настроек на лету. Эта технология сокращает поддержку на 70% и остаточное напряжение на 40% при печати спутниковых антенн. Технологический прорыв – это:
Равновесие много-теплового поля. Убедитесь, что каждый слой получает одинаковое количество тепла, моделируя прогнозируемые температурные поля. Это убережет слои от прогиба из-за местного перегрева.
Библиотека адаптивных параметров. Чтобы сразу получить неподдерживаемую печать, настройте отдельные пакеты процессов для каждого материала (например, Inconel 718 или Ti6Al4V).
3. Электрохимическая поддержка: новый прорыв в изучении материалов.
1. Принцип жертвенного анода: контроль коррозии выбранным способом
Предложенный Университетом штата Аризона метод электрохимического травления разделяет основу и компоненты следующим образом:
Привод с разностью потенциалов: первичная батарея изготавливается в растворе азотной кислоты с использованием углеродистой стали (степень E =-0.44V) в качестве основы и нержавеющей стали 304 (степень E =-0.18V) в качестве детали. Углеродистая сталь окисляется в первую очередь.
Кислород ускоряет реакцию: при добавлении пузырькового кислорода скорость коррозии увеличивается в 6 раз, а опора из углеродистой стали толщиной 7 мм может быть полностью растворена за 6 часов, не повреждая поверхность нержавеющей стали.
2. Процесс хиртизации: большой шаг вперед в автоматизированной порошковой очистке.
Благодаря трехэтапной-электрохимической обработке оборудование H3000 компании RENA Technologies обеспечивает полностью автоматическую поддержку.
Этап грубой полировки: с помощью электрохимических импульсов и гидродинамики первоначальная шероховатость снижается с Ra100 мкм до Ra10 мкм и удаляется 99% остатков порошка.
Этап тонкой полировки. Технология химического удаления с помощью частиц-снижает шероховатость до Ra2 мкм, что приемлемо для авиации.
Дополнительный этап сверхточной-полировки: он может создавать зеркальный эффект с Ra0,5 мкм для высококачественных-применений, таких как оптические компоненты.
В медицинской промышленности эта процедура сработала очень хорошо. Например, стандартная механическая полировка занимает 4 часа и оставляет царапины, а процесс хиртизации занимает всего 45 минут и делает шероховатость поверхности в три раза более однородной.
4. Матрица выбора технологий: руководство по принятию решений на основе сценариев
Тип технологии, ситуации, в которых ее можно использовать, плюсы и минусы.
Ручные инструменты для разборки простых форм, компоненты, которые не должны быть очень точными, дешевые детали, детали, которые просты в использовании, детали, которые могут сломаться, и детали, которые не очень эффективны.
Станки с ЧПУ очень точны для фрезерования сложных поверхностей с точностью ± 0,01 мм. Это делает оборудование очень дорогим и тратит много материалов.
Вибрационный чистящий порошок имеет внутренний канал потока и конструкцию с поперечными отверстиями, которая ничего не касается. Он также имеет автоматическое ограничение диафрагмы и потребляет много энергии.
Печать без опоры с небольшим угловым вылетом, отсутствие пост-обработки при массовом производстве, высокий расход материала, высокий порог оборудования и сложная отладка параметров
Электрохимическое травление смешанных материалов, не-неразрушающие прецизионные детали, много автоматизации, сложное химическое управление и много денег для начала.