Vai ir grūti atbalstīt sarežģītas struktūras, izmantojot metāla 3D drukāšanu?

一, Nepieciešamība pēc atbalsta: abpusēji griezīgs drukāšanas{0}}zobens ar sarežģītu struktūru
Metāla 3D drukāšanā atbalsta struktūra kalpo daudziem mērķiem:
Mehāniskais atbalsts: lai neļautu piekārtajām konstrukcijām nokrist vai mainīt formu, kamēr tās tiek drukātas gravitācijas vai karstuma ietekmē. Piemēram, ja gaisa kuģa dzinēja lāpstiņām nav atbalsta, to plānās sienas var izlocīties kausējuma baseina sacietēšanas stadijā.
Siltuma vadība: siltuma pārvietošana caur atbalsta konstrukcijām, lai vietējās temperatūras atšķirības nekļūtu pārāk lielas un neļautu veidoties atlikušajam spriegumam. Piemēram, drukājot titāna sakausējuma implantus, balsts var apturēt mikroplaisu veidošanos, ja materiāls pārāk ātri atdziest.
Procesa stabilitāte: pulvera slāņa kausēšanas tehnoloģijā atbalsta karkass notur detaļas vietā, lai tās nepārvietotos, pulverim plūstot vai skrāpim atsitoties pret tām.
Bet ir arī lielas problēmas ar atbalsta konstrukcijām:
Materiālu atkritumi: atbalsta materiālu daudzums var veidot no 30% līdz 50% no detaļu kopējā svara, un tos visus ir grūti pārstrādāt.
Pēc{0}}apstrādes izmaksas: atbalsta noņemšana ar iekārtām prasa daudz darba un var sabojāt detaļu virsmas. Piemēram, medicīniskie implanti pēc uzstādīšanas ir vairāk jāpulē, lai tie atbilstu bioloģiskās saderības standartiem.
Dizaina ierobežojumi: tradicionālajām atbalsta sistēmām ir nepieciešams piekares leņķis, kas ir lielāks par 45 grādiem, tāpēc ir grūti izmantot jaunus dizainus, piemēram, sarežģītus iekšējos plūsmas kanālus un režģu konstrukcijas.
2, Tehniskais izaicinājums: Materiālu īpašību un konstrukciju sarežģītības pārbaude vienlaikus
1. Materiālu īpašību atšķirības apgrūtina to atbalstīšanu
Dažādu metālu materiālu fizikālās un ķīmiskās īpašības lielā mērā ietekmē atbalsta procesu:
Titāna sakausējums ir ļoti aktīvs un viegli reaģē ar skābekli un slāpekli, veidojot cietu, trauslu slāni. Kad tas netiek lietots, tas ir jāaizsargā no inertās gāzes. Piemēram, atbalstot Ti6Al4V apdrukātās detaļas, skābekļa daudzumam jābūt zem 50 ppm, pretējā gadījumā tās var pašas aizdegties.
Nerūsējošais tērauds ir ļoti izturīgs pret rūsu, un to var tīrīt, izmantojot ķīmiskas vielas vai augstspiediena ūdens strūklu-. Iemērcot 316L nerūsējošā tērauda asmeņus sārmainos tīrīšanas šķīdumos un izmantojot ultraskaņas tīrīšanu, jūs varat atbrīvoties no 99,5% pulvera.
Alumīnija sakausējumam ir zems kušanas punkts, un tas, tīrot ar tipiskām vibrācijas tīrīšanas metodēm, var mainīt formu. Lai noņemtu AlSi10Mg drukas atbalstu, jums ir jāizmanto CO₂ sniega strūklas tehnoloģija, kas darbojas, atsitot cietās daļiņas zemā temperatūrā -78,5 grādi, neizraisot termiskā stresa koncentrāciju.
2. Padarot struktūras sarežģītākas, lai padarītu lietas grūtākas
Sarežģītas arhitektūras rada paaugstinātas prasības neatbalstītiem procesiem:
Poraina struktūra: Ortopēdisko implantu porainais slānis parasti ir mazāks par 3 mm, un pāri palikušajam pulvera daudzumam jābūt mazākam par 0,1 mg/cm². Noteikts medicīnas uzņēmums izmanto vakuuma adsorbcijas tehnoloģiju un 360 grādos rotējošus ķermeņus, lai iegūtu pulvera atgūšanas ātrumu 98,7%.
Plānas -sienu konstrukcija: ja aviācijas dzinēja lāpstiņas sieniņu biezums ir mazāks vai vienāds ar 1 mm, tai ir nepieciešama mehāniska sprieguma regulēšana, lai tā paliktu vietā. GE izmanto zemas -temperatūras pulvera atdalīšanu (dzesēšana ar šķidro slāpekli pie -196 grādiem), kā arī vecuma apstrādi, lai samazinātu atlikušo spriegumu līdz mazākam par 50 MPa un apturētu plaisu veidošanos.
Iekšējā dobuma uzbūve: Lai izņemtu turbīnas diska iekšējo dobuma balstu, ir jāizgatavo speciāli instrumenti. Konkrētam turbīnas disku modelim ir noņemama serdes vārpsta, kas izmanto centrbēdzes spēku, lai izspiestu pulveri, un lamināra gaisa plūsma (0,5 m/s), lai pūstu pa virsmu, kas atbilst iekšējās kameras tīrības standartiem.
3, jaunas idejas: no procesu uzlabošanas līdz gudram dizainam
1. Nepārraudzīta drukas tehnoloģija pārkāpj tradicionālās drukas robežas.
Dažas sarežģītas struktūras ir spējušas drukāt bez atbalsta, pielāgojot drukas ceļu un pulvera īpašības:
Maza leņķa neatbalstīta formēšana: ar uzņēmuma Leiming Laser ražoto LiM-X260A iekārtu var drukāt titāna sakausējuma komponentus, kas ir no 5 līdz 35 grādi uzkarināti, optimizējot lāzera enerģijas blīvumu un skenēšanas metodi. Detaļu blīvums ir 99,9%.
Inteliģenta ceļa plānošana: Ķīnas palaišanas transportlīdzekļu tehnoloģiju akadēmijas taktiskā komanda mainīja pulvera daļiņu izmēra sadalījumu (D50=45 μm) un lāzera skenēšanas ātrumu (800 mm/s). Viņi arī izmantoja sprieguma sadales simulāciju, lai padarītu iespējamu sarežģītu raķešu kabīņu konstrukciju neatbalstītu drukāšanu. Virsmas precizitāte sasniedza milimetru līmeni, un nepieciešamība pēc-pēcapstrādes tika samazināta par 60%.
2. Uzlabotā atbalsta struktūra atvieglo pacelšanos.
Šķīstošais atbalsts: Arizonas štata universitāte ir izstrādājusi veidu, kā noņemt elektroķīmisko atbalstu, uzdrukājot oglekļa tērauda balstus uz nerūsējošā tērauda detaļām un izmantojot slāpekļskābes šķīdumu, lai selektīvi grautu oglekļa tēraudu. 7 mm biezo balstu var pilnībā noņemt mazāk nekā 6 stundu laikā, nesabojājot detaļu virsmu.
Lūzuma punkta dizains: pievienojiet smilšu pulksteņa -formas lūzuma punktus atbalsta struktūrai un izmantojiet iepriekš-noteiktas sprieguma koncentrācijas vietas, lai regulētu lūzumu. Piemēram, vienai automašīnas daļai ir zoba -formas balsts, ko var viegli noņemt ar nelielu spēku. Virsmas bojājums ir mazāks par 0,05 mm.
3. Simulācijas optimizācija padara atbalstu mazāk nepieciešamu.
Procesa simulācijas rīki, piemēram, VoxelDance Engineering, var noskaidrot, kā drukāšanas laikā izkliedēsies karstuma spriedze, un uzlabot atbalsta konfigurāciju. Piemēram, modelis ar slēgtu lāpstiņriteni samazināja atbalsta apjomu par 60%, izmantojot simulāciju, samazināja drukāšanas laiku līdz 50 stundām un samazināja skrāpja sadursmes iespēju.