Ali je težko podpirati kompleksne strukture s kovinskim 3D-tiskanjem?

一, Potreba po podpori: dvorezen-meč tiskanja s kompleksno strukturo
Pri kovinskem 3D-tiskanju ima podporna struktura številne namene:
Mehanska podpora: preprečuje, da bi viseče konstrukcije padle ali spremenile obliko med tiskanjem zaradi gravitacije ali toplote. Na primer, če lopatice letalskega motorja nimajo podpore, se lahko njihove tanke stene upognejo med fazo strjevanja bazena taline.
Toplotno upravljanje: Premikanje toplote skozi podporne strukture, da lokalne temperaturne razlike ne postanejo prevelike in da se prepreči kopičenje preostale napetosti. Na primer, pri tiskanju vsadkov iz titanove zlitine lahko nosilec prepreči nastajanje mikrorazpok, ko se material prehitro ohladi.
Stabilnost postopka: Pri tehnologiji taljenja v plast prahu podporni okvir drži dele na mestu, tako da se ne premikajo, ko prašek teče ali vanje udari strgalo.
Obstajajo pa tudi velike težave s podpornimi strukturami:
Odpadni materiali: Količina podpornih materialov lahko predstavlja 30 % do 50 % skupne teže delov in težko jih je vse reciklirati.
Stroški naknadne-obdelave: Odstranjevanje podpore s stroji zahteva veliko dela in lahko poškoduje površine kosov. Na primer, medicinske vsadke je treba po namestitvi bolj polirati, da izpolnijo standarde biokompatibilnosti.
Omejitve pri zasnovi: Tradicionalni podporni sistemi potrebujejo kot obešanja več kot 45 stopinj, kar otežuje uporabo novih zasnov, kot so zapleteni notranji pretočni kanali in rešetkaste strukture.
2, Tehnični izziv: Preizkušanje lastnosti materialov in kompleksnosti konstrukcij hkrati
1. Zaradi razlik v lastnostih materialov je težje podpirati
Fizikalne in kemične lastnosti različnih kovinskih materialov močno vplivajo na nosilni proces:
Titanova zlitina je zelo aktivna in zlahka reagira s kisikom in dušikom ter tvori trdo, krhko plast. Ko se ne uporablja, ga je treba zaščititi pred inertnim plinom. Na primer, pri podpiranju natisnjenih delov iz Ti6Al4V mora biti količina kisika pod 50 ppm, sicer se lahko vnamejo sami.
Nerjavno jeklo je zelo odporno proti rji in ga je mogoče čistiti s kemikalijami ali visoko{0}}vodnim curkom. Ko rezila iz nerjavečega jekla 316L namočite v alkalne čistilne raztopine in uporabite ultrazvočno čiščenje, se lahko znebite 99,5 % prahu.
Aluminijeva zlitina ima nizko tališče in bo verjetno spremenila obliko, ko jo čistite z običajnimi metodami čiščenja z vibracijami. Če želite odstraniti podporo iz tiska AlSi10Mg, morate uporabiti tehnologijo snežnega curka CO₂, ki deluje tako, da udari trdne delce pri nizki temperaturi -78,5 stopinj, ne da bi pri tem povzročila koncentracijo toplotne obremenitve.
2. Izdelava struktur bolj zapletena, da bi stvari postale težje
Kompleksne arhitekture zahtevajo povišane zahteve za nepodprte procese:
Porozna struktura: porozna plast v ortopedskih vsadkih je običajno manjša od 3 mm, količina prahu, ki ostane, pa mora biti manjša od 0,1 mg/cm². Določeno medicinsko podjetje uporablja vakuumsko adsorpcijsko tehnologijo in 360-stopinjsko vrtljive vpenjalne naprave, da doseže 98,7-odstotno stopnjo predelave prahu.
Tanko{0}}konstrukcija: Če je debelina stene lopatice letalskega motorja manjša ali enaka 1 mm, potrebuje mehansko regulacijo napetosti, da ostane na mestu. GE uporablja nizko{3}}temperaturno odstranjevanje prahu (hlajenje s tekočim dušikom pri -196 stopinjah) skupaj s staranjem, da zniža preostalo napetost na manj kot 50 MPa in prepreči nastajanje razpok.
Struktura notranje votline: Za odstranitev nosilca notranje votline turbinskega diska je potrebno izdelati posebno orodje. Poseben model turbinskega diska ima odstranljivo sredično gred, ki uporablja centrifugalno silo za iztiskanje prahu in laminarni zračni tok (0,5 m/s) za pihanje vzdolž površine, kar izpolnjuje standarde čistoče za notranjo komoro.
3, Nove ideje: od izboljšanja procesov do pametnega oblikovanja
1. Tehnologija tiskanja brez nadzora presega meje tradicionalnega tiskanja.
Nekatere zapletene strukture so lahko tiskale brez podpore s prilagajanjem poti tiskanja in lastnosti prahu:
Nepodprto oblikovanje z majhnim kotom: oprema LiM-X260A proizvajalca Leiming Laser lahko tiska komponente iz titanove zlitine, ki so obešene pod kotom od 5 stopinj do 35 stopinj, z optimizacijo gostote laserske energije in metode skeniranja. Deli imajo gostoto 99,9%.
Inteligentno načrtovanje poti: taktična ekipa na Kitajski akademiji za tehnologijo nosilnih raket je spremenila porazdelitev velikosti delcev prahu (D50=45 μ m) in hitrost laserskega skeniranja (800 mm/s). Uporabili so tudi simulacijo porazdelitve napetosti, da bi omogočili nepodprto tiskanje zapletenih struktur kabine rakete. Površinska natančnost je dosegla milimetrsko raven, potreba po naknadni-obdelavi pa se je zmanjšala za 60 %.
2. Izboljšana podporna struktura olajša vzlet.
Topljiva podpora: Državna univerza v Arizoni je iznašla način za odstranitev elektrokemične podpore s tiskanjem opornikov iz ogljikovega jekla na dele iz nerjavečega jekla in uporabo raztopine dušikove kisline za selektivno erozijo ogljikovega jekla. 7 mm debelo oporo lahko v celoti odstranite v manj kot 6 urah, ne da bi poškodovali površino kosov.
Zasnova točke loma: dodajte točke loma v obliki peščene ure-podporni strukturi in uporabite-naprednastavljene lokacije koncentracije napetosti za uravnavanje loma. Na primer, en del avtomobila ima oporo-v obliki zoba, ki jo je mogoče preprosto odstraniti z le malo sile. Poškodba na površini je manjša od 0,05 mm.
3. Zaradi optimizacije simulacije je podpora manj potrebna.
Orodja za simulacijo procesa, kot je VoxelDance Engineering, lahko ugotovijo, kako se bo toplotna obremenitev porazdelila med tiskanjem, in izboljšajo konfiguracijo podpore. Na primer, model z zaprtim rotorjem je s simulacijo zmanjšal količino potrebne podpore za 60 %, skrajšal čas tiskanja na 50 ur in zmanjšal možnost trka strgala.