Який вплив матиме залишкова опора на металеві 3D-друковані деталі?

一 Можлива небезпека залишкової підтримки для механічних якостей деталей
1. Концентрація залишкових напруг і ризик розтріскування
Під час 3D-друку металу можуть легко виникнути залишкові напруги в місці з’єднання між опорним каркасом і деталями. Це тому, що коефіцієнти теплового розширення різні. Якщо залишкова опора не повністю усунена, місце, де зосереджено напругу, може бути місцем, де починається тріщина. Наприклад, якщо під час друку лопатей авіаційних двигунів не видалити залишкову опору, це може призвести до накопичення напруги на кінчику лопаті. Це може призвести до появи втомних тріщин і обмежити термін служби деталей за високих-температур. Дослідження Університету Сіань Цзяотун демонструє, що коли деталі з титанового сплаву підтримують необроблену залишкову напругу, їх рівень залишкової напруги на 30–50% перевищує належне, що робить їх набагато менш стійкими до втоми.
2. Невпорядковані матеріали
Залишкова опора може змінити структуру матеріалу в компоненті. У процесі лазерного селективного плавлення (SLM) з’єднання між опорою та деталлю може генерувати грубі зерна або метастабільні фазові структури через повторювані температурні цикли. Дослідники з Університету Бейхан використовували дифракцію зворотного розсіювання електронів (EBSD), щоб виявити, що розмір зерна, що підтримує залишкову площу, у 2-3 рази більший, ніж у підкладки. Це робить матеріал на 15-20% менш твердим і впливає на його зносостійкість.
3. Відхилення в геометричній точності
Залишкова опора може змінити розмір самої деталі. Якщо залишкова опора створює виступ на поверхні на 0,1 мм у прецизійних медичних імплантатах, таких як чашки вертлюжної западини, це може спричинити подразнення тканин тіла після імплантації. Реальний-приклад із бізнесу показує, що залишкова опора призвела до відхилення радіальних розмірів у певній моделі диска турбіни на 0,08 мм, що було за межами прийнятного діапазону та призвело до виходу з ладу всього вузла машини.
2. Залишкова опора погано впливає на якість поверхні.
1. Погіршується шорсткість поверхні
Фрезерування та полірування наждачним папером є двома поширеними механічними засобами, які можуть залишати подряпини на поверхні предметів. Наприклад, кронштейни зі сплаву кобальту і хрому можуть мати шорсткість поверхні Ra 3,2 мкм після ручного полірування наждачним папером. Однак це значення можна знизити до 0,2 мкм за допомогою електрохімічного полірування. Підприємство, що займається виробництвом медичних виробів, каже, що недоліки поверхні, спричинені залишками підтримки, підвищили на 40% ймовірність того, що продукти потребуватимуть переробки, і підвищили витрати на виробництво.
2. Ризик хімічного забруднення
Якщо ви неправильно контролюєте концентрацію розчину під час хімічного травлення, щоб усунути опору, у вас може виникнути рівномірна корозія або точкова корозія. Коли деталі з алюмінієвого сплаву надто довго залишаються в кислому травильному розчині, на поверхні з’являться корозійні ямки шириною від 0,5 до 2 мм. Це робить їх менш стійкими до корозії. Певна компанія, яка виробляє автомобільні запчастини, втратила більше одного мільйона юанів у вигляді прямих економічних збитків, оскільки залишкова опора призвела до корозії багатьох деталей на поверхні.
3. Проблеми в зоні теплового впливу (ЗТВ)
Коли опори для лазерного різання високі температури можуть призвести до переплавлення шарів поверхні. Після лазерного різання товщина переплавленого шару деталей із високотемпературного-сплаву Inconel 718 може досягати 50–100 мкм. Це робить деталі менш твердими на 10–15 % і впливає на їх міцність при високих температурах. Шляхом точного-настроювання налаштувань лазера (ширина імпульсу<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. Обмеження, які залишкова підтримка накладає на ефективність і вартість обробки
1. Вартість пост-обробки піднялася
Для обробки складних конструкційних частин без сторонньої допомоги може знадобитися від 30% до 50% усього виробничого циклу. Наприклад, корпус камери згоряння певного двигуна літака має складну внутрішню опорну конструкцію, для зняття якої вручну потрібно 120 годин. Але коли ви використовуєте розчинні опорні матеріали, час, необхідний для розчинення, скорочується до 8 годин на шматок, а ефективність підвищується в 15 разів.
2. Відходи матеріалів і проблеми з переробкою
Несуча конструкція витрачає багато металевого порошку. Наприклад, за допомогою технології SLM кількість допоміжних матеріалів може становити від 20% до 30% від загальної кількості використаного матеріалу. Якщо залишки основи забруднюють порошок (наприклад, якщо порошок титанового сплаву змішано з опорою з нержавіючої сталі), вартість переробки зросте на 50% до 100%. Компанія Leiming Laser зменшила кількість опорного матеріалу, який використовується для однієї моделі компонента, на 40%, покращивши конструкцію опори. Це економить компанії понад 2 мільйони юанів на рік на витратах на порошок.
3. Витрати на знос обладнання та його утримання
Заміна механічних опорних інструментів (таких шліфувальних кругів і фрез) часто підвищує вартість обслуговування обладнання. Спеціальна компанія з виробництва прес-форм каже, що знос інструменту, викликаний залишковою підтримкою, підвищив річні витрати на технічне обслуговування на 300 000 юанів, а простої в обслуговуванні скоротили виробничі потужності на 15%.
4. Систематичні стратегії для вирішення проблем, що залишилися
1. Оптимізація конструкції несучої конструкції
Оптимізація топології: використовуйте програмне забезпечення для моделювання, наприклад Magics, щоб автоматично створювати легкі опорні конструкції, які зменшуватимуть площу контакту. Після переходу до деревоподібного-проектування підтримки одна компанія скоротила кількість допоміжних матеріалів, які вона використовувала, на 60%, а час, необхідний для підтримки, – на 75%.
Матеріал, який можна розчинити: водо-розчинні носії, такі як полівініловий спирт (PVA), використовуються для розчинення та видалення складних конструкцій внутрішніх порожнин, щоб вони не стикалися одна з одною. Матеріал-підкладка ПВА для обладнання EOS M290 ефективно використовується для виготовлення деталей для літаків.
2. Технологія безконтактної підтримки
Підтримка за допомогою ультразвуку: використання-високочастотної вібрації (20–40 кГц), щоб зламати опорну структуру, що добре для точних деталей. Система Sonic Mill може працювати з опорами діаметром менше 0,5 мм і шорсткістю поверхні менше 0,4 мкм.
Плазмове травлення: використання низько{0}}температурної плазми (суміш газів Ar і O2) для вибіркового видалення опори без термічних наслідків. Розчин для магнітного полірування від Magnalux використовується для підтримки брекетів зі сплаву кобальту і хрому, а якість поверхні відповідає медичним вимогам.
3. Розумне регулювання параметрів обробки
Різання з низькими навантаженнями: для різання дроту (WEDM) використовуються параметри з шириною імпульсу менше 10 мкс і піковим струмом менше 5 А для зниження надходження тепла. Завдяки оптимізації параметрів певна компанія змогла керувати товщиною переплавленого шару деталей з титанового сплаву після різання з точністю до 15 мкм.
Пошарове фрезерування: для розподілу сил різання використовується техніка пошарового фрезерування з невеликою глибиною різання (<0.2mm) and a high feed rate (>500 мм/хв) використовується для товстих опорних систем. Ось як п’яти{2}}осьовий обробний центр DMG MORI контролює викривлення при знятті опори в межах 0,02 мм.
4. Захист і ремонт після обробки
Ремонт за допомогою лазерного покриття: для мікроподряпин, які виникають після видалення опори, той самий матеріал використовується для лазерного ремонту покриття. Облицювальний шар має товщину 10–50 мкм і міцність зв’язку понад 400 МПа. Ця технологія була застосована певним виробником авіаційних деталей, щоб повернути поверхневу твердість деталей до понад 95% від проектного значення.
Електрохімічне полірування: використання електроліту (наприклад, суміші фосфорної та сірчаної кислот) для вибіркового розчинення поверхневих нерівностей для отримання гладкого покриття. Після електрохімічного полірування шорсткість поверхні Ra деталей з титанового сплаву може бути знижена з 3,2 мкм до 0,2 мкм, а їх стійкість до корозії може бути збільшена в три рази.