Какво въздействие ще има остатъчната опора върху металните 3D отпечатани части?

一, Възможна опасност от остатъчна опора за механичните качества на частите
1. Концентрация на остатъчно напрежение и риск от напукване
Когато металът е 3D отпечатан, остатъчните напрежения могат лесно да се натрупат при връзката между носещата рамка и частите. Това е така, защото коефициентите на топлинно разширение са различни. Ако остатъчната опора не е напълно елиминирана, мястото, където е концентрирано напрежението, може да е мястото, където започва пукнатината. Например, ако остатъчната опора не се отстрани, докато се печатат лопатките на авиационни двигатели, това може да доведе до натрупване на напрежение на върха на лопатката. Това може да доведе до пукнатини от умора и да ограничи живота на частите при високи-температурни работни настройки. Изследванията на университета Xi'an Jiaotong показват, че когато частите от титанова сплав се поддържат с необработено остатъчно напрежение, тяхното ниво на остатъчно напрежение е с 30% до 50% по-високо, отколкото би трябвало да бъде, което ги прави много по-малко устойчиви на умора.
2. Неорганизирани материали
Остатъчната опора може да промени начина, по който материалът е структуриран в компонента. В процеса на лазерно селективно топене (SLM) връзката между опората и частта може да генерира едри зърна или метастабилни фазови структури поради повтарящи се температурни цикли. Изследователите от университета Beihang са използвали дифракция на обратно разсейване на електрони (EBSD), за да открият, че размерът на зърното, поддържащ остатъчната площ, е 2 до 3 пъти по-голям от този на субстрата. Това прави материала с 15% до 20% по-малко твърд и се отразява на неговата устойчивост на износване.
3. Отклонение в геометричната точност
Остатъчната опора може да промени размера на самата част. Ако остатъчната опора генерира повърхностна изпъкналост от 0,1 mm в прецизни медицински импланти като ацетабуларни чаши, това може да предизвика дразнене на тъканите в тялото след имплантиране. Пример от-реален свят от бизнес илюстрира, че остатъчната опора е довела до отклонение на радиалните размери от 0,08 mm в определен модел диск на турбината, което е извън допустимия диапазон и е причинило повреда на целия машинен възел.
2, Остатъчната опора има лош ефект върху качеството на повърхността.
1. Грапавостта на повърхността се влошава
Фрезоването и полирането с шкурка са две често срещани механични опори, които могат да оставят драскотини по повърхността на предметите. Например скобите от кобалтово-хромова сплав могат да имат грапавост на повърхността Ra от 3,2 μm, след като са били полирани на ръка с шкурка. Тази стойност обаче може да бъде намалена до 0,2 μm чрез електрохимично полиране. Бизнес с медицински изделия казва, че повърхностните несъвършенства, причинени от остатъчната поддръжка, са направили с 40% по-голяма вероятност продуктите да се нуждаят от преработка и са повишили производствените разходи.
2. Риск от химическо замърсяване
Ако не контролирате правилно концентрацията на разтвора, докато извършвате химическо ецване, за да елиминирате опората, може да се стигне до равномерна корозия или питинг. Когато части от алуминиева сплав се оставят в кисел разтвор за ецване за твърде дълго време, те ще развият корозионни ями по повърхността, които са с ширина от 0,5 до 2 mm. Това ги прави по-малко устойчиви на корозия. Определена компания, която произвежда автомобилни части, загуби повече от един милион юана в преки икономически загуби, тъй като остатъчната поддръжка доведе до корозия на много части по повърхността.
3. Проблеми в зоната на топлинно въздействие (HAZ)
Когато се поддържа лазерно рязане, високите температури могат да доведат до слоеве от повърхностно претопяване. След лазерно рязане дебелината на претопения слой на частите от високо-температурна сплав Inconel 718 може да достигне 50–100 μm. Това прави частите с 10%–15% по-малко твърди и се отразява на тяхната здравина при високи температури. Чрез фина-настройка на лазерните настройки (ширина на импулса<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, Ограниченията, които остатъчната поддръжка поставя върху ефективността и разходите при обработката
1. Цената на времето за последваща-обработка скочи през покрива
Може да отнеме 30% до 50% от целия производствен цикъл за обработка на сложни структурни части без никаква помощ. Например корпусът на горивната камера на определен самолетен двигател има сложна вътрешна поддържаща структура, която отнема 120 часа, за да излети на ръка. Но когато използвате разтворими поддържащи материали, времето, необходимо за разтваряне, се намалява до 8 часа на парче, а ефективността се увеличава 15 пъти.
2. Загуба на материали и проблеми с рециклирането
Много метален прах се изразходва от носещата конструкция. Например, с технологията SLM, количеството поддържащи материали може да съставлява 20% до 30% от общото използвано количество. Ако остатъчният носител замърси праха (например, ако прах от титаниева сплав се смеси с носител от неръждаема стомана), разходите за рециклиране ще се повишат с 50% до 100%. Leiming Laser намали количеството поддържащ материал, използван за един модел компонент с 40%, като подобри дизайна на опората. Това спестява на компанията повече от 2 милиона юана годишно от разходи за прах.
3. Разходи за износване на оборудване и поддръжка
Подмяната на механични поддържащи инструменти (като шлифовъчни дискове и фрези) често повишава разходите за поддръжка на оборудването. Конкретна компания за производство на матрици казва, че износването на инструмента, причинено от остатъчната опора, е повишило годишните разходи за поддръжка с 300 000 юана и че поддръжката при престой е намалила производствения капацитет с 15%.
4, Систематични стратегии за помощ при остатъчни проблеми
1. Оптимизиране на дизайна на носещата конструкция
Оптимизиране на топологията: Използвайте софтуер за симулация като Magics, за да създадете автоматично леки опорни структури, които ще намалят контактната зона. След като премина към дървовиден-поддържащ дизайн, един бизнес намали броя на поддържащите материали, които използва с 60%, и времето, необходимо за поддръжка, със 75%.
Материал, който може да бъде разтворен: Водоразтворими подложки като поливинил алкохол (PVA) се използват за разтваряне и премахване на сложни конструкции на вътрешни кухини, така че да не влизат в контакт една с друга. Поддържащият PVA материал за оборудване на EOS M290 е използван ефективно за направата на части за самолети.
2. Технология за поддръжка без контакт
Поддържане с ултразвук: Използване на високо{0}}честотни вибрации (20–40 kHz) за разрушаване на поддържащата структура, което е добро за прецизни части. Системата Sonic Mill може да работи с опори с диаметър по-малък от 0,5 mm и грапавост на повърхността по-малка от 0,4 μm.
Плазмено ецване: Използване на ниско{0}}температурна плазма (смес от газове Ar и O2) за селективно отстраняване на опората, без да причинява топлинни последици. Магнитното полиращо решение на Magnalux е използвано за поддържане на скоби от кобалтово-хромова сплав, а качеството на повърхността отговаря на медицинските изисквания.
3. Интелигентно регулиране на параметрите на обработка
Рязане с нисък стрес: Рязане с тел (WEDM) използва настройки с ширина на импулса по-малка от 10 μs и пиков ток по-малък от 5A за по-ниско входяща топлина. Чрез оптимизиране на параметрите конкретна компания успя да управлява дебелината на претопения слой от части от титанова сплав след рязане до 15 μm.
Послойно фрезоване: За разпределяне на силите на рязане, послойна техника на фрезоване с малка дълбочина на рязане (<0.2mm) and a high feed rate (>500 mm/min) се използва за дебели опорни системи. Ето как пет-осният обработващ център на DMG MORI контролира изкривяването при отстраняване на опората в рамките на 0,02 mm.
4. Защита и ремонт след обработка
Ремонт с лазерна облицовка: За микро драскотини, които се получават след премахване на опората, същият материал се използва за лазерна поправка на облицовка. Облицовъчният слой е с дебелина 10–50 μm и якост на свързване над 400 MPa. Тази технология е използвана от определен производител на авиационни части, за да върне повърхностната твърдост на частите до повече от 95% от проектната стойност.
Електрохимично полиране: Използване на електролит (като смес от фосфорна киселина и сярна киселина) за селективно разтваряне на повърхностни неравности, за да се получи гладко покритие. След електрохимично полиране грапавостта на повърхността Ra на частите от титанова сплав може да бъде намалена от 3,2 μm до 0,2 μm и тяхната устойчивост на корозия може да се увеличи три пъти.