Hvilken indflydelse vil resterende støtte have på metal 3D-printede dele?

一, Mulig fare for resterende støtte til deles mekaniske kvaliteter
1. Koncentration af restspænding og risiko for revnedannelse
Når metal er 3D-printet, kan restspændinger nemt opbygges ved forbindelsen mellem den bærende ramme og delene. Dette skyldes, at de termiske udvidelseskoefficienter er forskellige. Hvis den resterende støtte ikke er fuldstændig elimineret, kan det sted, hvor spændingen er koncentreret, være der, hvor revnen starter. For eksempel, hvis resterende støtte ikke fjernes under udskrivning af flymotorblade, kan det forårsage, at der opbygges stress i spidsen af ​​bladet. Dette kan føre til udmattelsesrevner og begrænse delenes levetid i høje-temperaturserviceindstillinger. Xi'an Jiaotong Universitys forskning viser, at når titanlegeringsdele understøttes med ubehandlet restspænding, er deres restspændingsniveau 30% til 50% højere, end det burde være, hvilket gør dem langt mindre modstandsdygtige over for træthed.
2. Uorganiserede materialer
Resterende støtte kan ændre den måde, hvorpå materialet er struktureret i komponenten. I processen med laserselektiv smeltning (SLM) kan forbindelsen mellem understøtningen og delen generere grove korn eller metastabile fasestrukturer på grund af gentagne temperaturcyklusser. Beihang University-forskerne brugte elektron-backscatter-diffraktion (EBSD) for at finde ud af, at kornstørrelsen, der understøtter det resterende område, er 2 til 3 gange større end substratets. Dette gør materialet 15 % til 20 % mindre hårdt og påvirker dets slidstyrke.
3. Afvigelse i geometrisk præcision
Resterende støtte kan ændre størrelsen på selve delen. Hvis resterende støtte genererer et overfladefremspring på 0,1 mm i medicinske præcisionsimplantater som f.eks. hoftebægre, kan det fremkalde vævsirritation i kroppen efter implantation. Et eksempel fra den virkelige-verden fra en virksomhed illustrerer, at resterende støtte producerede en radial dimensionsafvigelse på 0,08 mm i en bestemt model af turbineskive, hvilket var uden for det acceptable område og fik hele maskinkonstruktionen til at svigte.
2, Den resterende støtte har en dårlig effekt på kvaliteten af ​​overfladen.
1. Ujævnheden af ​​overfladen bliver værre
Fræsning og sandpapirpolering er to almindelige mekaniske understøtninger, der kan efterlade ridser på overfladen af ​​emner. For eksempel kan kobolt-chromlegeringsbeslag have en overfladeruhed Ra-værdi på 3,2 μm efter at være poleret i hånden med sandpapir. Denne værdi kan dog sænkes til 0,2 μm ved hjælp af elektrokemisk polering. En virksomhed inden for medicinsk udstyr siger, at overfladefejl, der er produceret af resterende støtte, har gjort det 40 % mere sandsynligt, at produkter skal omarbejdes og har øget produktionsomkostningerne.
2. Risiko for kemisk forurening
Hvis du ikke kontrollerer koncentrationen af ​​opløsningen korrekt under kemisk ætsning for at eliminere støtte, kan du ende med ensartet korrosion eller pitting. Når dele af aluminiumslegering efterlades i sur ætseopløsning for længe, ​​vil de udvikle korrosionshuller på overfladen, der er 0,5 til 2 mm brede. Dette gør dem mindre modstandsdygtige over for korrosion. Et bestemt firma, der fremstiller bildele, mistede mere end en million yuan i direkte økonomiske tab, fordi resterende støtte fik en masse dele til at korrodere på overfladen.
3. Problemer i den varmepåvirkede zone (HAZ)
Ved laserskæring kan høje temperaturer producere lag af overfladeomsmeltning. Efter laserskæring kan den omsmeltede lagtykkelse af Inconel 718 højtemperaturlegeringsdele nå op på 50-100 μm. Dette gør delene 10-15% mindre hårde og påvirker deres styrke ved høje temperaturer. Ved at finjustere- laserindstillingerne (pulsbredde<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, De grænser, som resterende støtte sætter for effektivitet og omkostninger i behandlingen
1. Prisen på efter-behandlingstid er gået igennem taget
Det kan tage 30 % til 50 % af hele produktionscyklussen at behandle komplekse konstruktionsdele uden hjælp. For eksempel har forbrændingskammerskallen på en bestemt flymotor en kompliceret indvendig støttestruktur, der tager 120 timer at lette med hånden. Men når du bruger opløselige støttematerialer, skæres den tid, det tager at opløse, ned til 8 timer pr. styk, og effektiviteten øges med 15 gange.
2. Spild af materialer og problemer med genbrug
Meget metalpulver bliver brugt af den bærende struktur. For eksempel kan mængden af ​​støttematerialer med SLM-teknologi udgøre 20 % til 30 % af den samlede mængde, der bruges. Hvis resterende støtte forurener pulveret (hvis f.eks. titanlegeringspulver blandes i rustfrit stålunderlag), vil omkostningerne ved genanvendelse stige med 50 % til 100 %. Leiming Laser har skåret mængden af ​​støttemateriale, der bruges til én model af komponenten, med 40 % ved at forbedre designet af støtten. Dette sparer virksomheden for mere end 2 millioner yuan om året i pulverudgifter.
3. Udgifter til slitage på udstyr og vedligeholdelse
Udskiftning af mekaniske støtteværktøjer (såsom slibeskiver og fræsere) øger ofte udgifterne til vedligeholdelse af udstyr. Et specifikt firma, der fremstiller støbeforme, siger, at slid på værktøj forårsaget af resterende støtte har øget de årlige vedligeholdelsesomkostninger med 300.000 yuan, og at vedligeholdelse af nedetid har reduceret produktionskapaciteten med 15 %.
4, Systematiske strategier til at hjælpe med restproblemer
1. Optimering af design af den bærende struktur
Optimering af topologi: Brug simuleringssoftware som Magics til automatisk at skabe lette støttestrukturer, der vil sænke kontaktområdet. Efter at have skiftet til et træ-lignende supportdesign, reducerede en virksomhed antallet af støttematerialer, den brugte, med 60 % og den tid, det tog at understøtte, med 75 %.
Materiale, der kan opløses: Vand-opløselige understøtninger som polyvinylalkohol (PVA) bruges til at opløse og fjerne komplekse indre hulrumskonstruktioner, så de ikke kommer i kontakt med hinanden. PVA-støttematerialet til EOS M290-udstyr er blevet brugt effektivt til at fremstille dele til fly.
2. Teknologi til support uden kontakt
Understøttelse med ultralyd: Brug af højfrekvente-vibrationer (20-40 kHz) til at bryde støttestrukturen, hvilket er godt til præcisionsdele. Sonic Mill-systemet kan arbejde med understøtninger, der er mindre end 0,5 mm i diameter og har en overfladeruhed på mindre end 0,4 μm.
Plasmaætsning: Brug af plasma ved lav-temperatur (en blanding af Ar- og O2-gasser) til selektivt at fjerne støtte uden at forårsage termiske konsekvenser. Magnalux's magnetiske poleringsløsning er blevet brugt til at understøtte koboltkromlegeringsbeslag, og overfladekvaliteten er op til medicinske krav.
3. Smart regulering af behandlingsparametre
Lavspændingsskæring: Trådskæring (WEDM) bruger indstillinger med en pulsbredde på mindre end 10 μs og en spidsstrøm på mindre end 5A for at sænke varmetilførslen. Ved at optimere parametre var en specifik virksomhed i stand til at styre tykkelsen af ​​det omsmeltede lag af titanlegeringsdele efter skæring til inden for 15 μm.
Lagdelt fræsning: For at sprede skærekræfterne, en lagdelt fræseteknik med en lille skæredybde (<0.2mm) and a high feed rate (>500 mm/min) bruges til tykke støttesystemer. Sådan styrer DMG MORI's fem--akse bearbejdningscenter forvrængning af støttefjernelsen inden for 0,02 mm.
4. Beskyttelse og reparation efter forarbejdning
Reparation med laserbeklædning: Ved mikroridser, der opstår efter fjernelse af støtte, bruges det samme materiale til laserbeklædningsreparation. Beklædningslaget er 10–50 μm tykt og har en bindingsstyrke på over 400 MPa. Denne teknologi er blevet brugt af en bestemt producent af luftfartsdele for at bringe delenes overfladehårdhed tilbage til mere end 95 % af designværdien.
Elektrokemisk polering: Brug af en elektrolyt (sådan en blanding af fosforsyre og svovlsyre) til selektivt at opløse overfladebuler for at få en glat finish. Efter elektrokemisk polering kan overfladeruheden Ra af titanlegeringsdele sænkes fra 3,2 μm til 0,2 μm, og deres modstand mod korrosion kan øges med tre gange.