Какви са ефектите на остатъците от прах върху работата на частите?

一, Физическата и химическа природа на остатъците от прах: Връзка от микроскопични недостатъци към макроскопски отказ
Остатъците от прах се състоят от твърди частици, които не са били напълно отстранени по време на производствения процес. Техният състав, размер, форма и разпределение имат пряк ефект върху това колко добре работят частите. В света на 3D печатането с метал остатъчният прах може да има метални частици, които не са се слели заедно, оксидни включвания или сателитен прах (малки частици, които се залепват за по-големи частици). Например, след използване на Ti6Al4V прах 15 пъти в процеса на топене с електронен лъч (EBM), оксидното покритие на повърхността на частиците стана по-дебело. Това причини дефекти на синтеза вътре в частта и я направи 69 пъти по-малко способна да се справи с напрежението. Този малък дефект има вероятност да се превърне в източник на пукнатини, когато компонентът се зарежда многократно, което значително ще ограничи живота му.
В света на производството на електроника неорганичните остатъци по повърхността на PCBA (сглобка на печатна платка), включително карбонати и карбиди в спояващия поток, могат да намалят съпротивлението на изолацията и да повишат тока на утечка. Експериментите показват, че когато остатъчната концентрация е повече от 0,1 mg/cm², токът на утечка между спойките може да се увеличи с три порядъка. Това може да причини корозия на металната повърхност във влажни условия, което може да доведе до лош контакт или дори прекъсване на веригата. Органичните остатъци като колофон и грес могат да създадат изолационни покрития, които затрудняват работата на електрическите връзки и причиняват проблеми, които идват и си отиват.
2, Начинът, по който остатъкът от прах влияе върху производителността на частта: ефектът на много-мащабно свързване
1. Намаляване на механичните характеристики: скрити катализатори на умора и счупване
Остатъците от прах променят микроструктурата на материалите, което променя техните механични характеристики. Начинът, по който остатъчните пръски се разпръскват в процеса на лазерно топене на прахов слой (LPBF), е тясно свързан с подхода на сканиране. Проучванията показват, че сканирането в посоката на въздушния поток (напр. S-270 градуса) може да доведе до 30% увеличение на отлагането на пръски върху прахообразното легло, създавайки порьозност или недостатъци на непълно сливане в стопилката, като по този начин намалява плътността на компонентите. Експерименталните данни показват, че границата на умора на компонентите от неръждаема стомана 316L с 0,5% обемен процент на порите е намалена с 40% в сравнение с компонентите без дефекти.
Използването на прах отново и отново може също да промени свойствата на праха, което може да повлияе на това колко добре работят частите. Например, след 15 употреби на прах от неръждаема стомана 17-4PH, разпределението на размера на частиците на праха се стеснява (D10 преминава от 20,8 μm на 25,3 μm), сателитният прах намалява и течливостта се увеличава с 15%. Якостта на опън не се промени много, но дълготрайността на умора при висок цикъл се увеличи с 20%. Това е така, защото рециклираният прах беше нанесен по-равномерно и локалните грешки бяха коригирани. Но ако прахът е силно окислен (като Ti6Al4V прах), ще се образува твърд и крехък оксиден слой. Тогава този слой ще бъде най-добрият начин за разпространение на пукнатини.
2. По-малко надеждна функционалност: това е често срещан проблем в електрониката и биомедицинските науки.
В електронното производство опасностите от остатъците от прах са като "бомба със закъснител". Разследване на проблем в електронно оборудване на самолет разкри, че частици прах с размер 0,3 μm се утаяват върху повърхността на интегрална схема с разстояние между жлебовете 0,5 μm, което води до неизправности в дупките и повреда на притурката след 2000 часа работа. Остатъците от талк на прах (1–10 μm частици) от външната страна на медицинските ръкавици също могат да носят бактерии или латексови протеини, които могат да причинят алергии. Клиничните изследвания показват, че използването на ръкавици, съдържащи 0,5 mg/g талк на прах, повишава риска от алергични реакции сред медицинския персонал от 2% на 15%, като тежките случаи потенциално водят до анафилактичен шок.
3. Намеса в процеса: Ефектът на слоя прах върху генератора на азот на системно ниво
Остатъците от прах също могат да влошат работата на частите, като пречат на производствения процес. Когато дълбаете или фрезовате керамика, прахът от алуминиев оксид (твърдост HV2000), добавен към системата от водещи релси, ще надрасче повърхността на водещата релса като шкурка. Това ще увеличи грапавостта Ra от 0,2 μm на 1,0 μm, което ще намали точността на обработката с 50%. След пулверизиране на въглеродно молекулярно сито в генератора на азот, прахът също ще блокира канала на потока на адсорбционната кула. Това ще намали чистотата на азота от 99,99% на 95%, което не е достатъчно за производство на електронни чипове. Това ще доведе до 30% увеличение на процента на скрап на продуктите.
3, Стратегия за контрол и технологична граница: от пасивно разчистване до активна превенция
1. Оптимизиране на процеса: намаляване на източника на остатъчно производство
Проектиране на стратегия за сканиране: Използването на посоката на сканиране S-45 градуса или S-180 градуса в процеса на LPBF може да намали отлагането на пръски и количеството остатъчен слой прах с 40%.
Управление на пудрата: За да предпазите пудрата от слепване, защото има твърде много фина пудра (<20 μ m), you can use screening (such a 150 μ m sieve) and air flow classification to control the size of the particles. For instance, one airline cut the amount of 3D printed powder from 15% to 8%, and the parts' porosity went down from 0.8% to 0.2%.
Контрол на околната среда: Поддържането на електронната работилница чиста според стандартите ISO клас 5 (клас 100) може да намали количеството остатъчни замърсители върху повърхността на PCBA с 90% и процента на неизправност със 75%.
2. Ефективна технология за почистване: от ръчно почистване до използване на машини
Метод на почистване, който е безопасен от експлозии: Системата от серия добавки TCB на Tuobo е проектирана да почиства автоматично вътрешността на големи 3D отпечатани детайли, като същевременно ги предпазва от инертен газ. Той има степен на възстановяване на праха от 98% и намалява времето за ръчен труд с 90%.
Кафемашината, която излезе през 2025 г., имаше тази технология, която използва високо-честотни вибрации, за да елиминира закрепванията на тръбите и да намали количеството кафе на прах, което остава в машината, от 3% на 0,5%.
Откриване на нано ниво: Остатъчната морфология на праха се анализира с помощта на метода на лазерна дифракция (с точност от 0,1 μm) или сканираща електронна микроскопия (SEM). Това осигурява поддръжка на данни за оптимизиране на процеса.
3. Нови материали: намаляване на остатъчната чувствителност
Проектирайте прахове с ниски остатъци: Направете прахове, които са много сферични и текат добре (като пулверизиран с газ 316L прах от неръждаема стомана, разходомер на Хол, оценяващ течливостта 25s/50g), за да намалите разпръскването при разпределяне на праха.
Биоразградимо покритие: Влакната от захарна тръстика се използват за покритие на медицински ръкавици. Това влакно може да набъбне във вода, което може да намали изтичането на остатъци от прах с 20% и да намали риска от алергии.
Динамично извличане под налягане: При производството на кафе на капсули се използва сегментирано регулиране на налягането, за да се подобри потока на водата, което намалява количеството фин прах, който остава в кафето с 15%.