Nehéz bonyolult szerkezeteket alátámasztani fém 3D nyomtatással?

一, A támogatás szükségessége: a nyomtatás kétélű fegyvere-bonyolult szerkezettel
A fém 3D nyomtatásban a tartószerkezet számos célt szolgál:
Mechanikai támaszték: megakadályozza, hogy a felfüggesztett szerkezetek leesjenek vagy megváltozzanak az alakjuk nyomtatás közben a gravitáció vagy a hő hatására. Például, ha a repülőgép-hajtóművek lapátjainak nincs alátámasztása, vékony faluk meghajolhat az olvadékmedence megszilárdulási szakaszában.
Hőkezelés: Hő mozgatása a tartószerkezeteken keresztül, hogy a helyi hőmérsékletkülönbségek ne legyenek túl nagyok, és a maradék feszültség ne keletkezzen. Például titánötvözet implantátumok nyomtatásakor a tartó megakadályozhatja a mikrorepedések kialakulását, ha az anyag túl gyorsan lehűl.
A folyamat stabilitása: A porágyas olvasztási technológiában a tartóváz a helyükön tartja az alkatrészeket, így azok nem mozdulnak el, amikor a por folyik, vagy a kaparó hozzáütközik.
De vannak nagy problémák is a tartószerkezetekkel:
Anyagpazarlás: A hordozóanyagok mennyisége az alkatrészek teljes tömegének 30-50%-át teheti ki, és nehéz mindegyiket újrahasznosítani.
Az utófeldolgozás-költsége: A támogatás gépekkel történő eltávolítása sok munkát igényel, és károsíthatja a darabok felületét. Például az orvosi implantátumokat a beszerelésük után jobban kell polírozni, hogy megfeleljenek a biokompatibilitási szabványoknak.
Tervezési korlátok: A hagyományos támasztórendszereknek 45 foknál nagyobb felfüggesztési szögre van szükségük, ami megnehezíti az új kialakítások, például bonyolult belső áramlási csatornák és rácsos szerkezetek használatát.
2, Technikai kihívás: Az anyagok jellemzőinek és a szerkezetek összetettségének egyidejű tesztelése
1. Az anyagok jellemzőinek különbségei megnehezítik az alátámasztást
A különféle fémanyagok fizikai és kémiai tulajdonságai nagymértékben befolyásolják az alátámasztási folyamatot:
A titánötvözet nagyon aktív, és könnyen reagál oxigénnel és nitrogénnel, kemény, törékeny réteget képezve. Ha nem használja, védeni kell az inert gáztól. Például a Ti6Al4V nyomtatott alkatrészek megtámasztásakor az oxigén mennyiségét 50 ppm alatt kell tartani, különben maguktól meggyulladhatnak.
A rozsdamentes acél nagyon ellenáll a rozsdának, és vegyszerekkel vagy nagynyomású{0}}vízsugárral tisztítható. Ha a 316L-es rozsdamentes acél pengéket lúgos tisztítóoldatba áztatja, és ultrahangos tisztítást használ, a por 99,5%-ától megszabadulhat.
Az alumíniumötvözet alacsony olvadáspontú, és valószínűleg megváltoztatja alakját, ha tipikus vibrációs tisztítási módszerekkel tisztítják. Az AlSi10Mg nyomat alátámasztásának eltávolításához CO₂-hósugár-technológiát kell alkalmaznia, amely úgy működik, hogy alacsony, -78,5 fokos hőmérsékleten szilárd részecskéket üt el anélkül, hogy termikus feszültségkoncentrációt okozna.
2. Szerkezetek bonyolultabbá tétele a dolgok megnehezítése érdekében
Az összetett architektúrák megnövekedett igényeket tesznek szükségessé a nem támogatott folyamatokkal szemben:
Porózus szerkezet: Az ortopédiai implantátumok porózus rétegének vastagsága általában 3 mm-nél kisebb, a megmaradt por mennyisége pedig kevesebb, mint 0,1 mg/cm². Egy bizonyos orvosi cég vákuum-adszorpciós technológiát és 360 fokban forgatható szerelvényeket használ, hogy 98,7%-os porvisszanyerési arányt érjen el.
Vékony-falú szerkezet: Ha a repülőgép-hajtómű lapátjának falvastagsága legfeljebb 1 mm, akkor a helyén maradáshoz mechanikai feszültségszabályozásra van szükség. A GE alacsony-hőmérsékletű poreltávolítást alkalmaz (folyékony nitrogénnel -196 fokos hűtés), valamint öregedéskezelést alkalmaz, hogy 50 MPa alá csökkentse a maradék feszültséget, és megakadályozza a repedések kialakulását.
A belső üreg felépítése: A turbinatárcsa belső üregtartójának kiszedéséhez speciális szerszámokat kell készíteni. Egy adott turbinás tárcsamodell eltávolítható magtengelye centrifugális erővel nyomja ki a port, és lamináris légáramlást (0,5 m/s) fúj a felület mentén, ami megfelel a belső kamra tisztasági szabványainak.
3, Új ötletek: A folyamatok jobbá tételétől az intelligens tervezésig
1. A felügyelet nélküli nyomtatási technológia megkerüli a hagyományos nyomtatás korlátait.
Néhány bonyolult szerkezet támogatás nélkül is nyomtatható a nyomtatási útvonal és a por jellemzőinek módosításával:
Kis szögű, nem támogatott formázás: A Leiming Laser által gyártott LiM-X260A berendezés 5-35 fokos szögben felfüggesztett titánötvözet alkatrészeket képes nyomtatni a lézerenergia-sűrűség és a szkennelési módszer optimalizálásával. Az alkatrészek sűrűsége 99,9%.
Intelligens útvonaltervezés: A Kínai Kilövőjármű-technológiai Akadémia taktikai csapata megváltoztatta a porszemcseméret-eloszlást (D50=45 μm) és a lézeres pásztázási sebességet (800 mm/s). Feszültségeloszlási szimulációt is alkalmaztak, hogy lehetővé tegyék az összetett rakétakabinszerkezetek támogatás nélküli nyomtatását. A felületi pontosság elérte a milliméteres szintet, és az utófeldolgozási-igény 60%-kal csökkent.
2. A továbbfejlesztett tartószerkezet megkönnyíti a felszállást.
Oldható támaszték: Az Arizona State University kidolgozott egy módszert az elektrokémiai hordozó eltávolítására úgy, hogy szénacél támasztékokat nyomtat a rozsdamentes acél alkatrészekre, és salétromsavas oldatot használ a szénacél szelektív erodálására. A 7 mm vastag tartó kevesebb, mint 6 óra alatt teljesen levehető anélkül, hogy megsértené a darabok felületét.
A törési pont kialakítása: Adjon hozzá homokóra-alakú töréspontokat a tartószerkezethez, és használjon előre-beállított feszültségkoncentrációs helyeket a törés szabályozására. Például egy autó egyik részén fog{3}}alakú támaszték van, amely kis erővel könnyen eltávolítható. A felület sérülése 0,05 mm-nél kisebb.
3. A szimulációs optimalizálás kevésbé teszi szükségessé a támogatást.
A folyamatszimulációs eszközök, mint például a VoxelDance Engineering, kitalálhatják, hogyan oszlik el a hőterhelés a nyomtatás során, és javíthatják a támogatási konfigurációt. Például egy zárt járókerekes modell a szimuláció révén 60%-kal csökkentette a szükséges támasztékot, 50 órára csökkentette a nyomtatási időt, és minimálisra csökkentette a kaparó ütközésének esélyét.