Kā atlikušais atbalsts atstās uz metāla 3D drukātajām daļām?

一, Iespējamais atlikušā atbalsta risks detaļu mehāniskajām īpašībām
1. Atlikušā sprieguma koncentrācija un plaisāšanas risks
Kad metāls tiek drukāts 3D, savienojumā starp atbalsta karkasu un detaļām var viegli veidoties atlikušie spriegumi. Tas ir tāpēc, ka termiskās izplešanās koeficienti ir atšķirīgi. Ja atlikušais balsts nav pilnībā novērsts, vieta, kur koncentrējas spriegums, var būt vieta, kur sākas plaisa. Piemēram, ja atlikušais atbalsts netiek noņemts, drukājot aviācijas dzinēja lāpstiņas, tas var izraisīt spriedzes veidošanos lāpstiņas galā. Tas var izraisīt noguruma plaisas un ierobežot detaļu kalpošanas laiku augstas-temperatūras apkopes iestatījumos. Siaņas Dzjaotongas universitātes pētījumi liecina, ka, ja titāna sakausējuma daļas tiek atbalstītas ar neapstrādātu atlikušo spriegumu, to atlikušā sprieguma līmenis ir par 30% līdz 50% lielāks nekā vajadzētu, kas padara tās daudz mazāk izturīgas pret nogurumu.
2. Nesakārtoti materiāli
Atlikušais atbalsts var mainīt veidu, kā materiāls ir strukturēts komponentā. Lāzera selektīvās kausēšanas (SLM) procesā savienojums starp balstu un daļu var radīt rupjus graudus vai metastabilas fāzes struktūras atkārtotu temperatūras ciklu dēļ. Beihangas universitātes pētnieki izmantoja elektronu atpakaļizkliedes difrakciju (EBSD), lai noskaidrotu, ka graudu izmērs, kas atbalsta atlikušo laukumu, ir 2 līdz 3 reizes lielāks nekā substrātam. Tas padara materiālu par 15% līdz 20% mazāk cietu un ietekmē tā nodilumizturību.
3. Ģeometriskās precizitātes novirze
Atlikušais atbalsts var mainīt pašas daļas izmēru. Ja atlikušais atbalsts rada 0,1 mm virsmas izvirzījumu precīzos medicīniskos implantos, piemēram, acetabulārajos kausos, pēc implantācijas tas var izraisīt audu kairinājumu organismā. Reāls piemērs no uzņēmuma parāda, ka atlikušais atbalsts radīja radiālās dimensijas novirzi 0,08 mm apmērā noteiktā turbīnas diska modelī, kas bija ārpus pieņemamā diapazona un izraisīja visas mašīnas bloka atteici.
2, atlikušajam atbalstam ir slikta ietekme uz virsmas kvalitāti.
1. Virsmas nelīdzenums pasliktinās
Frēzēšana un slīpēšana ar smilšpapīru ir divi izplatīti mehāniskie balsti, kas var atstāt skrāpējumus uz priekšmetu virsmas. Piemēram, kobalta hroma sakausējuma kronšteinu virsmas raupjuma Ra vērtība var būt 3,2 μm pēc pulēšanas ar roku ar smilšpapīru. Tomēr šo vērtību var pazemināt līdz 0,2 μm, izmantojot elektroķīmisko pulēšanu. Medicīnas ierīču bizness apgalvo, ka virsmas nepilnības, kas radušās atbalsta pārpalikuma dēļ, ir padarījušas par 40% lielāku iespējamību, ka produkti būs jāpārstrādā un ir palielinājuši ražošanas izdevumus.
2. Ķīmiskā piesārņojuma risks
Ja ķīmiskās kodināšanas laikā nekontrolēsit pareizi šķīduma koncentrāciju, lai novērstu balstu, var rasties vienmērīga korozija vai bedrītes. Ja alumīnija sakausējuma detaļas pārāk ilgi tiek atstātas skābā kodināšanas šķīdumā, uz to virsmas veidosies 0,5–2 mm platas korozijas bedrītes. Tas padara tos mazāk izturīgus pret koroziju. Konkrēts uzņēmums, kas ražo automašīnu rezerves daļas, zaudēja vairāk nekā vienu miljonu juaņu tiešos ekonomiskajos zaudējumos, jo atlikušais atbalsts izraisīja daudzu detaļu virsmas koroziju.
3. Problēmas karstuma ietekmes zonā (HAZ)
Lāzera griešanas balsti augstā temperatūrā var radīt virsmas pārkausēšanas slāņus. Pēc lāzergriešanas Inconel 718 augstas temperatūras sakausējuma detaļu pārkausētā slāņa biezums var sasniegt 50–100 μm. Tas padara detaļas par 10–15% mazāk cietas un ietekmē to izturību augstās temperatūrās. Precīzi-noregulējot lāzera iestatījumus (impulsa platumu<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, ierobežojumi, ko atlikušais atbalsts rada apstrādes efektivitātei un izmaksām
1. Pēc-apstrādes laika cena ir izsmelta
Sarežģītu konstrukcijas elementu apstrāde bez palīdzības var aizņemt 30–50% no visa ražošanas cikla. Piemēram, noteiktas lidmašīnas dzinēja sadegšanas kameras korpusam ir sarežģīta iekšējā atbalsta konstrukcija, kuras pacelšanās ar roku aizņem 120 stundas. Bet, izmantojot šķīstošos palīgmateriālus, izšķīdināšanai nepieciešamais laiks tiek samazināts līdz 8 stundām vienam gabalam, un efektivitāte palielinās 15 reizes.
2. Materiālu atkritumi un otrreizējās pārstrādes problēmas
Daudz metāla pulvera tiek izlietots nesošā konstrukcija. Piemēram, izmantojot SLM tehnoloģiju, atbalsta materiālu daudzums var būt 20% līdz 30% no kopējā izmantotā daudzuma. Ja pārpalikums piesārņo pulveri (piemēram, ja titāna sakausējuma pulveris ir sajaukts ar nerūsējošā tērauda balstu), otrreizējās pārstrādes izmaksas palielināsies par 50% līdz 100%. Leiming Laser ir samazinājis viena modeļa komponentes izmantotā atbalsta materiāla daudzumu par 40%, uzlabojot balsta dizainu. Tas ietaupa uzņēmumam vairāk nekā 2 miljonus juaņu gadā no pulvera izdevumiem.
3. Iekārtu nodiluma un uzturēšanas izmaksas
Mehānisko atbalsta instrumentu (piemēram, slīpripu un frēžu) nomaiņa bieži palielina aprīkojuma uzturēšanas izmaksas. Konkrēts veidņu ražošanas uzņēmums saka, ka instrumenta nodilums, ko izraisa atlikušais atbalsts, ir palielinājis ikgadējās apkopes izmaksas par 300 000 juaņu un ka dīkstāves apkope ir samazinājusi ražošanas jaudu par 15%.
4, sistemātiskas stratēģijas, lai palīdzētu atrisināt atlikušās problēmas
1. Atbalsta konstrukcijas dizaina optimizēšana
Topoloģijas optimizācija: izmantojiet simulācijas programmatūru, piemēram, Magics, lai automātiski izveidotu vieglas atbalsta struktūras, kas pazeminās kontakta laukumu. Pēc pārslēgšanās uz koku,{1}}piemēram, atbalsta dizainu, viens uzņēmums samazināja izmantoto atbalsta materiālu skaitu par 60% un atbalsta sniegšanai nepieciešamo laiku par 75%.
Materiāls, ko var izšķīdināt: ūdenī{0}}šķīstošos balstus, piemēram, polivinilspirtu (PVA), izmanto, lai izšķīdinātu un noņemtu sarežģītas iekšējās dobuma konstrukcijas, lai tās nesaskartos viena ar otru. PVA atbalsta materiāls EOS M290 aprīkojumam ir efektīvi izmantots lidmašīnu detaļu ražošanā.
2. Tehnoloģija atbalstam bez kontakta
Atbalsts ar ultraskaņu: augstas -frekvences vibrācijas (20–40 kHz) izmantošana, lai salauztu atbalsta konstrukciju, kas ir piemērota precīzām daļām. Sonic Mill sistēma var darboties ar balstiem, kuru diametrs ir mazāks par 0,5 mm un kuru virsmas raupjums ir mazāks par 0,4 μm.
Plazmas kodināšana: zemas-temperatūras plazmas (Ar un O2 gāzu maisījuma) izmantošana, lai selektīvi noņemtu atbalstu, neradot termiskas sekas. Magnalux magnētiskais pulēšanas risinājums ir izmantots, lai atbalstītu kobalta hroma sakausējuma kronšteinus, un virsmas kvalitāte atbilst medicīniskām prasībām.
3. Apstrādes parametru gudra regulēšana
Zema sprieguma griešana: Stiepļu griešana (WEDM) izmanto iestatījumus, kuru impulsa platums ir mazāks par 10 μs un maksimālā strāva ir mazāka par 5 A, lai samazinātu siltuma padevi. Optimizējot parametrus, konkrēts uzņēmums varēja pārvaldīt titāna sakausējuma detaļu pārkausētā slāņa biezumu pēc griešanas 15 μm robežās.
Slāņu frēzēšana: lai sadalītu griešanas spēkus, slāņveida frēzēšanas tehnika ar nelielu griešanas dziļumu (<0.2mm) and a high feed rate (>500 mm/min) izmanto biezām atbalsta sistēmām. Šādi DMG MORI piecu-asu apstrādes centrs kontrolē atbalsta noņemšanas kropļojumus 0,02 mm robežās.
4. Aizsardzība un remonts pēc apstrādes
Remonts ar lāzera apšuvumu: mikroskrāpējumiem, kas rodas pēc atbalsta noņemšanas, tas pats materiāls tiek izmantots lāzera apšuvuma remontam. Apšuvuma slānis ir 10–50 μm biezs, un tā saistīšanas stiprība pārsniedz 400 MPa. Šo tehnoloģiju ir izmantojis noteikts aviācijas detaļu ražotājs, lai detaļu virsmas cietību atgrieztu līdz vairāk nekā 95% no projektētās vērtības.
Elektroķīmiskā pulēšana: izmantojot elektrolītu (šādu fosforskābes un sērskābes maisījumu), lai selektīvi izšķīdinātu virsmas nelīdzenumus, lai iegūtu gludu apdari. Pēc elektroķīmiskās pulēšanas titāna sakausējuma detaļu virsmas raupjumu Ra var pazemināt no 3,2 μm līdz 0,2 μm un trīs reizes palielināt to izturību pret koroziju.