Milyen hatással lesz a maradék támaszték a fém 3D nyomtatott alkatrészekre?

一, Az alkatrészek mechanikai tulajdonságaira visszamaradt alátámasztás veszélye
1. A maradék feszültség koncentrációja és a repedésveszély
Ha a fémet 3D-nyomtatják, a tartóváz és az alkatrészek közötti kapcsolaton könnyen kialakulhatnak maradékfeszültségek. Ennek az az oka, hogy a hőtágulási együtthatók eltérőek. Ha a maradék támasztékot nem szüntetik meg teljesen, a feszültség koncentrálódási helye lehet ott, ahol a repedés kezdődik. Például, ha a maradék támasztékot nem távolítják el a repülőgép-hajtóművek lapátjainak nyomtatása közben, az feszültséget okozhat a penge hegyén. Ez kifáradási repedésekhez vezethet, és korlátozhatja az alkatrészek élettartamát magas hőmérsékleten{5}}. A Xi'an Jiaotong Egyetem kutatásai azt mutatják, hogy ha a titánötvözet alkatrészeket kezeletlen maradékfeszültséggel támasztják alá, akkor a maradék feszültségszintjük 30-50%-kal nagyobb a kelleténél, ami sokkal kevésbé ellenálló a fáradtsággal szemben.
2. Rendetlen anyagok
A maradék alátámasztás megváltoztathatja az anyag szerkezetét az alkatrészben. A lézeres szelektív olvasztási (SLM) eljárásban a tartó és az alkatrész közötti kapcsolat durva szemcséket vagy metastabil fázisszerkezeteket generálhat az ismétlődő hőmérsékleti ciklusok miatt. A Beihang Egyetem kutatói elektron-visszaszórás diffrakció (EBSD) segítségével megállapították, hogy a maradék területet alátámasztó szemcseméret 2-3-szor nagyobb, mint a szubsztrátumé. Ez 15-20%-kal kevésbé keménysé teszi az anyagot, és befolyásolja a kopásállóságát.
3. Eltérés a geometriai pontosságban
A maradék alátámasztás megváltoztathatja magának az alkatrésznek a méretét. Ha a maradék alátámasztás 0,1 mm-es felületi kiemelkedést hoz létre a precíziós orvosi implantátumokban, például az acetabuláris csészében, az a beültetés után szöveti irritációt válthat ki a szervezetben. Egy valós példa egy vállalkozásból azt mutatja, hogy a maradék támaszték 0,08 mm-es radiális méreteltérést eredményezett egy bizonyos turbinatárcsa-modellben, ami kívül volt az elfogadható tartományon, és az egész gépegység meghibásodását okozta.
2, A maradék alátámasztás rossz hatással van a felület minőségére.
1. A felület egyenetlensége egyre rosszabb
A marás és a csiszolópapíros polírozás két gyakori mechanikai támaszték, amelyek karcolásokat hagyhatnak a tárgyak felületén. Például a kobalt-krómötvözet tartókonzolok felületi érdesség Ra értéke 3,2 μm lehet kézi csiszolópapírral való polírozás után. Ez az érték azonban elektrokémiai polírozással 0,2 μm-re csökkenthető. Egy orvostechnikai eszközökkel foglalkozó üzletág azt állítja, hogy a megmaradt támogatás által okozott felületi hibák miatt 40%-kal nagyobb valószínűséggel kell átdolgozni a termékeket, és megnőttek a gyártási költségek.
2. Kémiai szennyezés veszélye
Ha nem szabályozza megfelelően az oldat koncentrációját a kémiai maratás során, hogy megszüntesse a támasztást, egyenletes korróziót vagy lyukasztást okozhat. Ha az alumíniumötvözet alkatrészeket túl sokáig hagyják savas maratóoldatban, akkor a felületükön 0,5-2 mm széles korróziós gödrök keletkeznek. Ezáltal kevésbé ellenállnak a korróziónak. Egy bizonyos autóalkatrészeket gyártó cég több mint egymillió jüant vesztett közvetlen gazdasági veszteségben, mert a maradék támogatás miatt sok alkatrész korrodálódott a felületén.
3. Problémák a hőhatású zónában (HAZ)
Lézeres vágótámaszok esetén a magas hőmérséklet rétegek felületi újraolvadást eredményezhet. Lézeres vágás után az Inconel 718 magas hőmérsékletű ötvözet alkatrészeinek újraolvasztott rétegvastagsága{2}} elérheti az 50-100 μm-t. Ez 10–15%-kal kevésbé keménysé teszi az alkatrészeket, és befolyásolja szilárdságukat magas hőmérsékleten. A lézerbeállítások finom-hangolásával (impulzusszélesség<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, A maradék támogatás által a feldolgozás hatékonyságára és költségére vonatkozó korlátok
1. Az utólagos-feldolgozási idő ára túlszárnyalt
A teljes gyártási ciklus 30-50%-át is igénybe veheti az összetett szerkezeti darabok segítség nélküli feldolgozása. Például egy bizonyos repülőgépmotor égésterének héja bonyolult belső tartószerkezettel rendelkezik, amelynek kézi felszállása 120 órát vesz igénybe. Ha azonban oldható hordozóanyagokat használ, az oldódási idő darabonként 8 órára csökken, és a hatékonyság 15-szörösére nő.
2. Anyagpazarlás és probléma az újrahasznosítás
Sok fémport használ fel a tartószerkezet. Például az SLM technológiával a hordozóanyagok mennyisége a teljes felhasznált mennyiség 20-30%-át teheti ki. Ha a maradék hordozó szennyezi a port (például ha titánötvözet port kevernek a rozsdamentes acél hordozóba), az újrahasznosítás költsége 50-100%-kal nő. A Leiming Laser 40%-kal csökkentette az egy-egy alkatrészmodellhez felhasznált hordozóanyag mennyiségét a tartószerkezet fejlesztésével. Ezzel a cég évente több mint 2 millió jüant takarít meg a porköltségektől.
3. A berendezések elhasználódásának és karbantartásának költségei
A mechanikus támasztószerszámok (például csiszolókorongok és marók) cseréje gyakran megnöveli a berendezések karbantartási költségeit. Egy konkrét formagyártó cég azt állítja, hogy a szerszámkopás a maradék támogatás miatt 300 000 jüannal növelte az éves karbantartási költségeket, és az állásidős karbantartás 15%-kal csökkentette a termelési kapacitást.
4. Szisztematikus stratégiák a megmaradt problémák megoldására
1. A tartószerkezet kialakításának optimalizálása
Topológia optimalizálása: Használjon szimulációs szoftvert, például a Magicsot, hogy automatikusan hozzon létre könnyű tartószerkezeteket, amelyek csökkentik az érintkezési területet. Miután egy fa{1}}támogatási tervezésre váltott, az egyik vállalkozás 60%-kal csökkentette a felhasznált segédanyagok számát, és 75%-kal csökkentette a támogatáshoz szükséges időt.
Feloldható anyag: A vízben{0}}oldható hordozók, például a polivinil-alkohol (PVA) bonyolult belső üregszerkezetek feloldására és eltávolítására szolgálnak, hogy azok ne érintkezzenek egymással. Az EOS M290 berendezések PVA hordozóanyagát hatékonyan használták repülőgépalkatrészek gyártásához.
2. Technológia az érintkezés nélküli támogatáshoz
Támogatás ultrahanggal: Nagy{0}}frekvenciás rezgés (20–40 kHz) használata a tartószerkezet megtörésére, ami jó a precíziós alkatrészekhez. A Sonic Mill rendszer 0,5 mm-nél kisebb átmérőjű és 0,4 μm-nél kisebb felületi érdességű támasztékokkal is működik.
Plazmamarás: Alacsony-hőmérsékletű plazma (Ar és O2 gázok keveréke) használata a hordozó szelektív eltávolítására anélkül, hogy hőhatásokat okozna. A Magnalux mágneses polírozó megoldását a kobalt-króm ötvözet konzolok támogatására használták, és a felület minősége megfelel az orvosi követelményeknek.
3. A feldolgozási paraméterek intelligens szabályozása
Alacsony feszültségű vágás: A huzalvágás (WEDM) 10 μs-nál kisebb impulzusszélességű és 5 A-nél kisebb csúcsáramú beállításokat használ a hőbevitel csökkentésére. A paraméterek optimalizálásával egy adott cég képes volt kezelni a titánötvözet alkatrészek újraolvasztott rétegének vastagságát 15 μm-es vágás után.
Réteges marás: A forgácsolóerők kiosztására rétegmarási technika apró vágási mélységgel (<0.2mm) and a high feed rate (>500 mm/perc) vastag tartórendszerekhez használják. Így szabályozza a DMG MORI öt-tengelyes megmunkáló központja a támaszték eltávolításának torzulását 0,02 mm-en belül.
4. Védelem és javítás feldolgozás után
Javítás lézeres burkolattal: A támaszték eltávolítása után keletkező mikrokarcok esetén ugyanazt az anyagot használják a lézeres burkolat javításához. A burkolóréteg 10-50 μm vastag és 400 MPa feletti kötési szilárdságú. Ezt a technológiát egy bizonyos repülőgép-alkatrész-gyártó alkalmazta, hogy az alkatrészek felületi keménységét a tervezési érték több mint 95%-ára állítsa vissza.
Elektrokémiai polírozás: Elektrolit (például foszforsav és kénsav keveréke) segítségével szelektíven oldja fel a felületi dudorokat, hogy sima felületet kapjon. Elektrokémiai polírozás után a titánötvözet alkatrészek Ra felületi érdessége 3,2 μm-ről 0,2 μm-re csökkenthető, és korrózióállóságuk háromszorosára növelhető.