Balstu pievienošana un noņemšana jau sen ir bijis izaicinājums metāla piedevu ražošanas (AM) laikā. Kā piemēru ņemot tiešo metāla lāzera saķepināšanu (DMLS), modelim pirms drukāšanas ir jābūt iepriekš iestatītam ar atbalsta konstrukcijām, lai izvairītos no deformācijas, ko izraisa termiskais stress, un novadītu siltumu no izkausētā baseina. Šīs kronšteini ir daļa no projektēšanas un ražošanas kopumā. Pēc būvniecības atbalsta konstrukcija tika demontēta un izmesta. Bez balstiem ir grūti izdrukāt konsoles konstrukcijas zem noteikta slīpuma leņķa (parasti ap 45 grādiem), kas bieži ierobežo metāla 3D drukas sistēmu lietotāju iespējas, kā arī ienes daudzus iekārtu oriģinālo iekārtu ražotājus un piedevu ražošanas programmatūras uzņēmumus. liels izaicinājums.
Lai atrisinātu iepriekš minētās problēmas, EOS kompānijas Additive Minds eksperti šobrīd ir izstrādājuši dažādus procesu optimizācijas paņēmienus, lai ražotu 3D drukātas detaļas bez atbalsta konstrukcijām, piemēram, statora gredzenus, korpusus, turbo sūkņus, eļļas tvertnes, siltummaiņus, vārstus un lāpstiņriteņus, no kuriem slēgtais lāpstiņritenis ir viens no tipiskākajiem gadījumiem. Izmantojot optimizētu dizaina programmatūru un parametru pakotnes, EOS ļauj lietotājiem drukāt konsoles un tiltus zemākos leņķos (dažreiz pat nulles leņķos), kam nepieciešams daudz mazāk atbalsta vai to nav.
Neatbalstīta piedevu ražošana arī ietaupa daudz laika pēcapstrādes posmā, jo nav nepieciešams noņemt papildu balstus. Manuālas noņemšanas gadījumā tas atbrīvo darbinieku laiku un enerģiju arī citiem darbiem. Detaļu izgatavošana bez atbalsta konstrukcijas samazina arī materiālu atkritumus, jo nekas netiek izmests un ir nepieciešami visi detaļas un atbalsta konstrukcijas aspekti. Tomēr tas nav viegls process, un programmatūras dizaina eksperti un ražotāji gadiem ilgi ir strādājuši pie neatbalstīta dizaina izaicinājuma.
Šajā rakstā galvenokārt ir parādīts, kā EOS eksperti izmanto neatbalstītu lāpstiņriteņa konstruēšanas metodi. Slēgtie vai apvalkotie lāpstiņriteņi tiek izmantoti daudzās nozarēs, un tie ir ļoti atšķirīgi pēc izmēra, formas, materiāla un veiktspējas prasībām. Slēgtie lāpstiņriteņi bieži ir pakļauti ekstremāliem apstākļiem, piemēram, lieliem rotācijas ātrumiem, ļoti kodīgām vidēm un mehāniskām slodzēm, ko izraisa ekstremāla temperatūra. Piemēram, turbosūkņu lietojumi kosmosa raķetēs, kompresijas sistēmas mikroturbīnās un jūras ūdens sūkņi naftas un gāzes lietojumos.
Atbalstiet dizaina prasības tradicionālajā metāla 3D drukāšanā
3D drukātu detaļu projektēšana ar balstiem ir bijusi standarta pieeja aditīvajai ražošanai (AM). Balstu skaitu, izmēru un atrašanās vietu nosaka vairāki faktori:
Atlikušais spriegums drukāšanas laikā var izraisīt 3D modeļa deformāciju. Lai fiziski novērstu šo deformāciju, var pievienot balstus;
Pārkrāsotāja darbības pārtraukums, kas ietekmē daļas starpbūvi, var vibrēt daļu vai izraisīt bojājumus, kā rezultātā darbs var tikt neveiksmīgs. Kronšteini tiek izmantoti, lai aizsargātu detaļas no jebkādas pārkrāsotāja ietekmes;
Siltuma pārnese caur balstiem ļauj daļām atdzist un veidoties ātrāk un veiksmīgāk būvniecības procesā.
Lai nodrošinātu, ka 3D printeris veido un veiksmīgi ražo detaļas, ir jāņem vērā dažādi iemesli, kas ietekmē atbalsta dizainu, tostarp:
Daļas orientācija nosaka, cik liela daļa daļas ir jāatbalsta. Parasti, ja detaļas ir orientētas tā, lai uz konstrukcijas plāksnes neatrastos lielāks virsmas laukums, ir nepieciešams lielāks atbalsts, lai kompensētu iepriekš minētos faktorus.
Parasti tiek uzskatīts, ka pārkarēm, kas ir 45 grādi vai mazākas, nepieciešamas atbalsta konstrukcijas.
Kanāli un caurumi var deformēties bez atbalsta atkarībā no to lieluma un tā, vai tie ir neefektīvi orientēti.
Modeļa dizains
Apbruņojoties ar atbilstošām zināšanām un radošām problēmu risināšanas prasmēm, EOS komanda ir veiksmīgi izstrādājusi jaunus modeļu projektēšanas un veidošanas veidus, sagraujot iepriekš pieņemto priekšstatu par "zemiem kritumiem ir jāpievieno atbalsts", un ar izciliem rezultātiem. Šajā rakstā izmantoto lāpstiņriteni, lai demonstrētu neatbalstīto struktūru un DMLS procesa iespējas, izstrādāja EOS Additive Minds ar 150 mm diametru ar 12 lāpstiņām ar pārkares leņķiem līdz 10 grādiem.
Biedru slīpuma virziens un atbalsta struktūra
Darbrati parasti tiek drukāti slīpi, lai izvairītos no iekšējiem balstiem, jo tos ir grūti noņemt. Tomēr šī orientācija parasti rada ilgāku izgatavošanas laiku, nevienmērīgu virsmas kvalitāti un cieš detaļas apaļums. Plakanā orientācija piedāvā vairākas priekšrocības, piemēram, īsāku izgatavošanas laiku, labāku apaļumu un precizitāti, kā arī vienmērīgāku virsmas kvalitāti visā daļā. Tomēr zemām pārkarēm parasti ir nepieciešams liels atbalsts. Pašreizējam DMLS procesam ir jāatbalsta lielākas pārkares, kas ir mazākas par 35 grādiem. Ir nepieciešami balsti, lai izkliedētu siltumu no izkausētā baseina, lai kompensētu pārklāšanas spēkus un iekšējo daļu spriegumu.
Neatbalstīta dizaina optimizācija
EOS ievērojami samazina nepieciešamību pievienot iekšējo atbalstu, izmantojot uzlabotas modeļu projektēšanas metodes. Piedevu ražošanas procesa dizaina optimizācija ir arī vēl viens svarīgs aspekts, kas saistīts ar drukāšanas panākumiem. Lai gan no iekšējā atbalsta galvenokārt var izvairīties, izmantojot pielāgotas iedarbības stratēģijas, bieži vien joprojām ir nepieciešamas ārējās atbalsta struktūras.
Šī raksta lāpstiņriteņa gadījumā tā vietā, lai izmantotu cieto pildījumu, detaļas apakšdaļa tika pārveidota, izmantojot pašnesošās arkas un plānas sienas, lai nodrošinātu spēcīgu platformas savienojumu un novērstu deformāciju būvniecības laikā. Tas ļauj izmantot mazāk materiāla nekā parastie stenti, vienlaikus nodrošinot augstu izturību un uzlabotu apstrādājamību. Darbrata ārējais diametrs ir aizvērts, lai nodrošinātu lielāku stingrību detaļai, kad tā ir uzbūvēta, un novērstu ģeometriskās precizitātes zudumu izplūdes malā. Šim lāpstiņritenim uzlabotā konstrukcija nodrošina materiāla samazinājumu par 15 procentiem, vienlaikus optimizējot mašīnu un nesot sevi bez iekšēja atbalsta.
Procesa optimizācija
Darbrats ir konstruēts, izmantojot tā saukto augstas enerģijas DownSkin metodi (ekspozīcijas veids, ko izmanto, lai izveidotu pārkares virsmas). Būtībā šī metode palielina DownSkin iedarbības enerģijas blīvuma ievadi, palielinot lāzera jaudu, vienlaikus pielāgojot citus DownSkin parametrus. Tas rada lielāku, bet stabilāku kausējuma baseinu, it īpaši, veidojot pārkares uz birstošiem pulveriem. Šī metode ir veiksmīgi izmantota daudziem materiāliem, ko bieži izmanto lāpstiņriteņu izgatavošanai (piemēram, Ti64, 316L, AlSi10Mg, In718 utt.).
Tāpēc var nodrošināt, ka visi kritiskie leņķi var gūt labumu no šī optimizētā parametra. Atšķirībā no citām neatbalstītām tehnoloģijām, liela enerģijas patēriņa DownSkin pieeja neupurē veidošanas ātrumu un līdz ar to arī biznesa vajadzības, lai izvairītos no atbalsta.
Ja nav nekādu pretpasākumu, lielas enerģijas DownSkin metode var radīt pārāk lielas detaļas z virzienā DownSkin reģionā dziļās metināšanas baseina dēļ. Detaļas var pielāgot pareizajam izmēram, veicot pēcapstrādi vai pielāgojot dizainu. DownSkin ir arī salīdzinoši raupja, taču nelīdzenums ir vienmērīgs, kas palīdz lielapjoma virsmas apdares paņēmieniem, piemēram, abrazīvās plūsmas apstrādei. Arī porainība gandrīz nav sastopama (skatiet attēlu zemāk), porainība ir ierobežota ar DownSkin. Tāpēc kopējās mehāniskās īpašības netiek ietekmētas, un jūs joprojām varat paļauties uz EOS izstrādāto augstas kvalitātes InFill procesu. Tāpēc, lai iegūtu pietiekamas mehāniskās īpašības, nav nepieciešams arī sekundārs process, piemēram, karstā izostatiskā presēšana.
Pēcapstrāde (abrazīvās plūsmas apstrāde, AM metāli)
Abrazīvās plūsmas apstrāde ir izplatīta virsmas apdares tehnika, ko izmanto ar plūsmu saistītiem lietojumiem un iekšējām ģeometrijām. Abrazīvie materiāli tiek izspiesti cauri daļai, kas tiek turēta armatūrā. Abrazīvās daļiņas barotnē slīpē un pulē virsmu pa plūsmas ceļu. Gatavojoties iekšējās virsmas apdarei, slēgtais ārējais diametrs ir jāapstrādā atvērtā veidā, diametrs un daļas augstums jāpielāgo armatūrai AFM procesam. Pēc pirmapstrādes detaļu saspiež un ar skavas palīdzību detaļai cauri izspiež abrazīvus materiālus. Pēc AFM procesa lāpstiņritenis tiek apstrādāts līdz galīgajam izmēram.
Pēdējā daļa apstrādāta ar abrazīvās plūsmas apstrādi (AFM)
Nepārtraukti pilnveidojoties 3D drukāšanas tehnoloģijai, metāla 3D drukātās detaļas turpinās attīstīties gala patērētāju tirgū.