Які ризики неповного видалення порошку під час 3D-друку на металі?

一, Помилка процесу: залишки порошку роблять якість надрукованих деталей непередбачуваною.
1. Занадто багато шорсткостей на поверхні і проблеми зі структурою
Металевий 3D-друк створює речі шляхом плавлення металевого порошку по одному шару за раз. Якщо залишки порошку не повністю очищені, поверхня надрукованого виробу матиме нерівності або дірки. Наприклад, під час друку лопатей для авіаційних двигунів залишки порошку титанового сплаву можуть зробити поверхню грубішою, ніж вона повинна бути, що може погіршити характеристики літака. Залишки порошку можуть обмежити траєкторію лазерного сканування, що може призвести до помилок Lack of Fusion. Ці дефекти роблять деталі набагато слабшими та з більшою ймовірністю зламаються.


2. «Зона блокування порошку», яка знаходиться всередині складних конструкцій
Проблема залишків порошку найбільш помітна в складних секціях, які мають канали охолодження, стільникові прошарку або кільцеві проточні канали. Наприклад, інжекційна головка деяких двигунів на рідкому кисні/гасі має сотні отворів, розташованих у шаховому порядку. Коли люди вперше почали використовувати регулярне очищення повітряним потоком і вібрацією, рівень залишкового порошку досягав 8%. Ці залишки порошку можуть окислюватися та зростати зі зміною температури, що може заблокувати охолоджувальні канали та спричинити збій охолодження під час тестування згоряння двигуна. У деяких випадках вони можуть навіть спричинити структурні катастрофи.

3. Загрози безпеці, пов’язані з імплантатами з пористою структурою
У медицині проблема залишків порошку в надрукованих на 3D-принтерах пористих ортопедичних імплантатах (таких пристроях для міжхребцевого зрощення та чашках вертлюжної западини) безпосередньо пов’язана з безпекою пацієнтів. Якщо металевий порошок не повністю видалено, це може дозволити частинкам вивільнитися через тертя або рідинну ерозію після встановлення імплантату в тіло. Це може спричинити запалення або відкладення іонів металу, що може призвести до ослаблення імплантату або його виходу з ладу.

2, Безпека обладнання: залишки порошку можуть спричинити пожежі, вибухи та проблеми з обладнанням
1. Горючий і вибухонебезпечний металевий пил може викликати вибух.
Для 3D-друку на металі використовуються такі вибухонебезпечні порошки, як титан, алюміній, магній та інші. Чим менші частинки (зазвичай 15–100 мікрон), тим більша ймовірність, що вони вибухнуть. Наприклад, нижня межа вибуховості алюмінієвого порошку в повітрі становить лише 40 г/м³. Якщо залишки порошку накопичуються всередині обладнання та вступають у контакт зі статичною електрикою, іскрами чи гарячими поверхнями, це може призвести до вибухів пилу, які пошкодять обладнання або навіть завдадуть шкоди людям.

2. Проблеми з лазерною системою та рухомими частинами
Залишки порошку можуть покрити об’єктив, який сканує лазер, або заблокувати сопло, яке подає порошок, що може послабити енергію лазера або зупинити подачу порошку. Крім того, порошок, що потрапляє в рухомі елементи, такі як рейки друкарської платформи та обертові вали, може пришвидшити знос, що може спричинити заклинивання обладнання або зробити його менш точним. Через залишки порошку у певної компанії було багато збоїв лазера, а вартість обслуговування становила 30% від початкової ціни обладнання.

3. Не спрацювала система захисту від інертних газів.
Щоб запобігти окисленню, 3D-друк на металі має відбуватися в середовищі аргону або азоту; незважаючи на це, залишки порошку можуть перекрити циркуляційний газопровід, зменшити швидкість потоку захисного газу та підвищити локальну концентрацію кисню вище прийнятного рівня. Це не тільки погіршує якість друкованих матеріалів, але й може призвести до самостійного займання металевого порошку.

3, продуктивність продукту: залишок порошку робить основні функціональні показники слабшими.
1. Знижені механічні характеристики
Залишки порошку можуть змінити щільність надрукованих об’єктів, утворюючи ділянки, де накопичується напруга. Наприклад, під час друку структур із високо-сталі залишки порошку можуть знизити межу текучості на 15–20%. Це недостатньо для аерокосмічної галузі, яка має дуже суворі стандарти щодо якості матеріалів.

2. Нездатність добре переносити спеку
Залишки порошку можуть закупорити мікроканали або ребра розсіювання тепла в електронних пристроях або частинах двигуна, які потребують швидкого відведення тепла. Це може значно знизити ефективність теплопровідності. Дослідження показало, що з кожним 1% збільшенням кількості залишків порошку ефективність розсіювання тепла може знизитися на 5–8%.

3. Порушення здатності герметизувати та протистояти корозії
Залишки порошку можуть погіршити щільність поверхні деталей у хімічному обладнанні чи судновій техніці та полегшити проникнення корозійних матеріалів. Наприклад, якщо на деталях з нержавіючої сталі залишився порошок, який містить хлорид, це може спричинити точкову корозію або корозійне розтріскування під напругою.

4. Здоров’я працівників: тривалий-вплив металевого пилу є довгостроковим{2}}ризиком.
1. Ураження легень
Якщо частинки металевого порошку мають розмір менше 10 мікрон, вони можуть проникнути глибоко в легені та осісти в альвеолах, що може спричинити пневмоконіоз, бронхіт або легеневий фіброз. Наприклад, вдихання порошку титанового сплаву протягом тривалого часу може викликати відкладення титану в легенях, що проявляється кашлем і задишкою.

2. Подразнення шкіри та очей
Коли залишки порошку потрапляють на брудний робочий одяг або поверхню обладнання, це може викликати механічне подразнення або хімічні опіки шкіри працівників. Крім того, потрапляння порошку в очі може пошкодити рогівку або викликати кон'юнктивіт.

3. Імовірність отруєння важкими металами
Деякі металеві порошки, як-от кобальт і нікель, небезпечні для живих істот, і перебування поруч із ними протягом тривалого часу може призвести до пошкодження мозку, ниркової недостатності або раку. Іони кобальту в порошку сплаву на основі-кобальту можуть поглинатися шкірою або дихальними шляхами, що призводить до «хвороби твердих сплавів».

5, Рішення: системний підхід до вдосконалення, від оптимізації дизайну до пошуку нових способів виконання завдань.
1. Фаза проектування: використання ідеї «чистості»
Ви можете зменшити ризик утворення залишків порошку, покращивши геометричну структуру деталей (наприклад, додавши випускні отвори та мінімізувавши глухі кути) або використовуючи дизайн оптимізації топології. Аерокосмічні підприємства, наприклад, зменшили кількість залишків порошку з 8% до менше ніж 1%, змінивши кут вихідного отвору охолоджувального каналу.

2. Процес друку: збір інертного пилу та його фільтрація в кілька етапів
які знижують ризик самозаймання, використовуйте промислові пилососи із системами попереднього вологого-відокремлення, які поглинають пил інертними рідинами. Модульна багато-ступінчаста конструкція видалення пилу, наприклад постійна система фільтрації PPS, використовується водночас, щоб фільтруючий елемент служив довше та краще фільтрував.

3. Після обробки: автоматизоване очищення порошку та звіт про виявлення
Використовуйте автоматизовані технології, такі як двонаправлений вплив інертним газом і ультразвукове вібраційне очищення, разом із скануванням комп’ютерної томографії або рентгенівським-виявленням, щоб створити замкнуту-систему для «зворотного зв’язку виявлення порошкового очищення». Наприклад, медична компанія використовувала систему зворотного зв’язку з детектуванням комп’ютерної томографії, щоб підтримувати залишкову частку порошку імплантату нижче 0,1%.

4. Правила безпеки: зробіть захист і керування надзвичайними ситуаціями сильнішими
Оператори повинні носити маски N95 або вище, лазер-стійкі окуляри та вогнестійкий-одяг. Вони також повинні регулярно проходити інструктаж з техніки безпеки. На робочому місці повинні бути металеві вогнегасники класу D, вибухозахищені-пилососи та сигналізатори витоку газу. Також необхідно підготуватися до того, що робити у разі пожежі чи вибуху.