Megvalósítható-e az oldható támogatás a fém 3D nyomtatásban?

1. Műszaki elv: Feláldozó anód az elektrokémiai áttöréshez
Az oldható hordozós technológia alapja az áldozati anódvédelmi módszer, amely az elektrolitban lévő két fém potenciálkülönbségét használja fel a szelektív korrózió előidézésére. A fém 3D nyomtatásban ezt a technikát új módon alkalmazzák az alkatrész test és a tartószerkezet elválasztására:
A megfelelő anyagok kiválasztása: Az alkatrészekhez használjon nem rozsdásodó fémeket (például a rozsdamentes acélt), a támasztékokhoz pedig olyan fémeket, amelyek rozsdásodnak (például az alacsony széntartalmú acélt). Például az Arizona State University csapata AISI 431 rozsdamentes acélt (alkatrészekhez) és Metco 91 alacsony széntartalmú acélt (támasztékokhoz) használt, hogy a támasztékokat salétromsavban oldják fel anélkül, hogy megsértenék az alkatrészek felületét.
Elektrokémiai sebesség-növekedés: Egyszerű salétromsav használata lassítja a korróziót (10 óra alatt csak 1,4 mm szénacélt old fel), de oxigénbuborékok hozzáadásával hatszor gyorsabban megy végbe. Az oxigén lebontja a szénacél felületén lévő passzivációs réteget, felgyorsítja a korróziós áram kialakulását, és 6 óra alatt teljesen feloldja a szénacél utolsó 7 mm-ét.
Szelektív szabályozás: A hordozóanyagok esetében az elektrolitok oldhatósági szelektivitásának 100:1-nél nagyobbnak kell lennie. Például a salétromsav több mint 1000-szer gyorsabban falja fel a szénacélt, mint a rozsdamentes acélt, ami azt jelenti, hogy az alkatrész teste nem sérül.
2. Az anyagok kompatibilitása: Kohászati ​​korlátok és jogorvoslatok
Az oldható hordozó ipari felhasználásához két nagy anyagtudományi problémát kell megoldani:
Kohászati ​​kompatibilitás: A következő feltételeknek kell teljesülniük mind a hordozóanyagoknak, mind az alkotóelemeknek:
Kristályszerkezeti hasonlóság: a határfelületi feszültségrepedések megelőzése, amelyek eltérő hőtágulási együtthatók esetén fordulhatnak elő. Például az alacsony szén- Ez azt jelenti, hogy képesek kezelni a nagy hőmérséklet-változásokat a fém 3D nyomtatás során.
Maradjon távol az intermetallikus vegyületektől: Egyes anyagok kombinációi, például a titán és az alumíniumötvözetek, nagyobb valószínűséggel törékennyé válnak magas hőmérsékleten. Ennek elkerülése érdekében szabályozni kell a folyamat paramétereit, vagy fel kell építeni egy köztes réteget.
Az anyagrendszer bővítése: A jelenlegi kutatások kimutatták, hogy a rozsdamentes acél{0}}szénacél rendszer lehetséges, és a jövőben további anyagok kombinációira van szükség.
Magas-hőmérsékletű ötvözet: Az Inconel 718 és bizonyos védőanódanyagok együtt használhatók repülőgép-hajtóművek forró végalkatrészeinek előállítására.
Titánötvözet: Az elektrolitképlet finom{0}}hangolásával a Ti6Al4V és az oldható hordozó együtt tud működni.
Tűzálló fémek: A magas -olvadáspontú- fémek, például a volfrám és a tantál hordozóanyagának eltávolításához olyan elektrokémiai rendszereket kell létrehoznunk, amelyek magas hőmérsékleten működnek.
3, Folyamatoptimalizálás: ugrás a laborból a gyártósorra
Az oldható hordozó technológia iparosításához három jelentős folyamat szűk keresztmetszetet kell leküzdeni:
A korrózió hatékonyságának javítása: Impulzus elektrokémiai technológia: Az áram be- és kikapcsolásával segít eltávolítani a korróziós termékeket és megakadályozza a passzivációs rétegek kialakulását. Például az impulzusfeszültség háromszor gyorsabbá teheti a szénacél korrodálódását.
Ultrahangos segítség: Ultrahanghullámok hozzáadása az elektrolithoz kavitációt okozva felgyorsítja a tömegtranszfert, ami több mint 50%-kal csökkenti a korróziós időt.
A felület minőségellenőrzése:
Elektrolit keringtető rendszer: A keringtetett elektrolitok szivattyúzása megakadályozza a felületi érdesség súlyosbodását azáltal, hogy megakadályozza a helyi koncentráció-eltéréseket. Például egy porlasztott korróziós tartály kevésbé érdessé teheti a tárgyak felületét, Ra10 μm-től Ra2 μm-ig.
Kezelés utáni polírozás: Az elektrokémiai korrózió, valamint az érintkezés nélküli-módszerek, például a magnetorheológiai polírozás, olyan simává teheti a felületet, mint egy tükör (Ra<0.1 μ m).
Automatizált integráció:
Rendszer a dolgok online megtalálásához: Az ipari CT lehetővé teszi a támasztómaradványok valós idejű-figyelését és a korróziós paraméterek dinamikus beállítását. Például a GE Additive Smart Clean rendszere automatikusan megtalálhatja a támogatási pontokat és javíthatja az áramsűrűség eloszlását.
Zárt hurkú vezérlés: Gépi tanulási módszerekkel dolgozzon ki egy olyan modellt, amely előrejelzi a korrózió sebességét, így a folyamatparaméterek automatikusan módosíthatók. Miután egy repülőgépgyártó cég alkalmazta ezt a technikát, a támogatások eltávolításának aránya 70%-ról 99%-ra emelkedett.
4. Ipari alkalmazási kilátások: a bonyolult szerkezetektől a tömeggyártásig
A valós-termelésben az oldható támogatási technológia igen hasznosnak bizonyult:
A repülőgépiparban a GE Aviation oldható hordozónyomtatást használ az Inconel 718 égéskamra gyártásához. Ezzel 40 óráról 8 órára csökkenti a támaszték eltávolításának idejét, és a felületen nincsenek mechanikai sérülések.
Egy műholdgyártó sikeresen nyomtatott egy 2000 mikrocsatornás hőcserélőt oldható hordozó technológiát használva. A csatornák csak 0,5 mm szélesek, és a por maradék aránya kevesebb, mint 0,1%.
Orvosi implantátumok: Személyre szabott csípőízület: A Johnson&Johnson Medical oldható alátámasztást alkalmaz a Ti6Al4V csípőízületek Ra0,8 μm felületi érdességű nyomtatásához. Ez megfelel az ortopédiai implantátum szabványoknak, és elkerüli a hagyományos megmunkálás során előforduló felületi keményedési nehézségeket.
Fogászati ​​implantátumok: Egy fogászati ​​cég három napról egy napra csökkentette az implantátumok nyomtatásához szükséges időt az oldható támasztó technológiával. Ez 40%-kal csökkentette az árakat.
Formák készítése: Egy rugalmas hűtőforma úgy készül, hogy a formaacélt (például H13) egy oldható hordozóanyaggal kombinálják. Ez lehetővé teszi bonyolult hűtőcsatornák nyomtatását. Amikor ezt a technikát egy bizonyos autógyártó üzemben alkalmazták, az öntőforma hűtési hatékonysága 30%-kal nőtt, és az öntőforma elkészítéséhez szükséges idő 25%-kal csökkent.