Quin impacte tindrà el suport residual a les peces metàl·liques impreses en 3D?

一, Possible perill de suport residual a les qualitats mecàniques de les peces
1. Concentració de tensió residual i risc d'esquerdes
Quan el metall s'imprimeix en 3D, les tensions residuals es poden generar fàcilment a la connexió entre el marc de suport i les peces. Això és degut a que els coeficients d'expansió tèrmica són diferents. Si el suport residual no s'elimina completament, el lloc on es concentra la tensió pot ser on comença l'esquerda. Per exemple, si no s'elimina el suport residual durant la impressió de fulles de motor d'aviació, podria provocar que s'acumuli estrès a la punta de la fulla. Això podria provocar esquerdes per fatiga i limitar la vida útil de les peces en configuracions de servei d'alta-temperatura. La investigació de la Universitat de Xi'an Jiaotong demostra que quan les peces d'aliatge de titani estan suportades amb estrès residual no tractat, el seu nivell d'estrès residual és entre un 30% i un 50% més gran del que hauria de ser, cosa que les fa molt menys resistents a la fatiga.
2. Materials desorganitzats
El suport residual podria canviar la manera com s'estructura el material en el component. En el procés de fusió selectiva per làser (SLM), la connexió entre el suport i la peça pot generar grans gruixuts o estructures de fase metaestables a causa dels cicles de temperatura repetits. Els investigadors de la Universitat de Beihang van utilitzar la difracció de retrodispersió d'electrons (EBSD) per trobar que la mida del gra que suporta l'àrea residual és de 2 a 3 vegades més gran que la del substrat. Això fa que el material sigui entre un 15% i un 20% menys dur i afecta la seva resistència al desgast.
3. Desviació en precisió geomètrica
El suport residual pot canviar la mida de la mateixa peça. Si el suport residual genera una protuberància superficial de 0,1 mm en implants mèdics de precisió com les copes acetabulars, podria induir irritació dels teixits del cos després de la implantació. Un exemple-real d'una empresa il·lustra que el suport residual va produir una desviació de la dimensió radial de 0,08 mm en un determinat model de disc de turbina, que estava fora de l'interval acceptable i va provocar que tot el conjunt de la màquina fallés.
2, el suport residual té un mal efecte sobre la qualitat de la superfície.
1. La rugositat de la superfície empitjora
El fresat i el poliment de paper de vidre són dos suports mecànics comuns que poden deixar rascades a la superfície dels articles. Per exemple, els suports d'aliatge de crom cobalt poden tenir un valor Ra de rugositat superficial de 3,2 μm després de ser polits a mà amb paper de vidre. Tanmateix, aquest valor es pot reduir a 0,2 μm mitjançant polit electroquímic. Una empresa de dispositius mèdics diu que les imperfeccions superficials produïdes pel suport sobrant han fet que sigui un 40% més probable que els productes hagin de ser reelaborats i han augmentat les despeses de producció.
2. Risc de contaminació química
Si no controleu correctament la concentració de la solució durant el gravat químic per eliminar el suport, podríeu acabar amb corrosió o picat uniformes. Quan les peces d'aliatge d'alumini es deixen en una solució de gravat àcid durant massa temps, desenvoluparan fosses de corrosió a la superfície de 0,5 a 2 mm d'amplada. Això els fa menys resistents a la corrosió. Una determinada empresa que fabrica peces d'automòbil va perdre més d'un milió de iuans en pèrdues econòmiques directes perquè el suport residual va provocar que moltes peces es corroïssin a la superfície.
3. Problemes a la zona afectada per la calor (HAZ)
Quan els suports de tall per làser, les altes temperatures poden produir capes de refusió superficial. Després del tall per làser, el gruix de la capa refosa de les peces d'aliatge d'alta -temperatura d'Inconel 718 pot arribar als 50-100 μm. Això fa que les peces siguin un 10%-15% menys dures i afecta la seva resistència a altes temperatures. Ajustant-la configuració del làser (amplada del pols<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, Els límits que el suport residual posa a l'eficiència i el cost en el processament
1. El preu del temps de-processament de la publicació s'ha anat al sostre
Pot trigar entre un 30% i un 50% de tot el cicle de producció per processar peces estructurals complexes sense cap ajuda. Per exemple, la carcassa de la cambra de combustió d'un determinat motor d'avió té una estructura de suport interior complicada que triga 120 hores a enlairar-se a mà. Però quan s'utilitzen materials de suport solubles, el temps que triga a dissoldre's es redueix a 8 hores per peça i l'eficiència augmenta 15 vegades.
2. Residus de materials i problemes de reciclatge
L'estructura de suport utilitza molta pols metàl·lica. Per exemple, amb la tecnologia SLM, la quantitat de materials de suport pot representar entre el 20% i el 30% de la quantitat total utilitzada. Si el suport sobrant contamina la pols (per exemple, si la pols d'aliatge de titani es barreja amb un suport d'acer inoxidable), el cost del reciclatge augmentarà entre un 50% i un 100%. Leiming Laser ha reduït la quantitat de material de suport utilitzat per a un model de component en un 40% millorant el disseny del suport. Això estalvia a l'empresa més de 2 milions de iuans a l'any en despeses de pols.
3. Costos de desgast de l'equip i manteniment
La substitució d'eines de suport mecànic (com les moles i les freses) sovint augmenta el cost del manteniment de l'equip. Una empresa específica de fabricació de motlles diu que el desgast de les eines causat pel suport residual ha augmentat els costos de manteniment anual en 300.000 iuans i que el manteniment del temps d'inactivitat ha reduït la capacitat de producció en un 15%.
4, Estratègies sistemàtiques per ajudar amb problemes sobrants
1. Optimització del disseny de l'estructura de suport
Optimització de la topologia: utilitzeu programari de simulació com Magics per crear automàticament estructures de suport lleugeres que redueixin l'àrea de contacte. Després de canviar a un disseny de suport-com ara un arbre, una empresa va reduir el nombre de materials de suport que utilitzava un 60% i el temps que va trigar a donar suport en un 75%.
Material que es pot dissoldre:-suports solubles en aigua com l'alcohol polivinílic (PVA) s'utilitzen per dissoldre i eliminar construccions complexes de cavitats internes perquè no entrin en contacte entre elles. El material de suport de PVA per a l'equip EOS M290 s'ha utilitzat eficaçment per fabricar peces per a avions.
2. Tecnologia de suport sense contacte
Suport amb ultrasons: utilitzant vibracions d'alta-freqüència (20-40 kHz) per trencar l'estructura de suport, que és bo per a peces de precisió. El sistema Sonic Mill pot treballar amb suports de menys de 0,5 mm de diàmetre i amb una rugositat superficial inferior a 0,4 μm.
Gravat amb plasma: s'utilitza plasma a baixa -temperatura (una barreja de gasos Ar i O2) per eliminar selectivament el suport sense causar conseqüències tèrmiques. La solució de poliment magnètic de Magnalux s'ha utilitzat per suportar suports d'aliatge de crom cobalt i la qualitat de la superfície s'ajusta als requisits mèdics.
3. Regulació intel·ligent dels paràmetres de processament
Tall de baixa tensió: el tall de filferro (WEDM) utilitza configuracions amb una amplada de pols inferior a 10 μ s i un corrent màxim de menys de 5 A per reduir l'entrada de calor. Mitjançant l'optimització dels paràmetres, una empresa específica va poder gestionar el gruix de la capa refosa de peces d'aliatge de titani després de tallar fins a 15 μm.
Fresat en capes: per repartir les forces de tall, una tècnica de fresat en capes amb una profunditat de tall petita (<0.2mm) and a high feed rate (>500 mm/min) s'utilitza per a sistemes de suport gruixuts. Així és com el centre de mecanitzat de cinc-eixos de DMG MORI controla la distorsió de l'eliminació del suport en 0,02 mm.
4. Protecció i reparació després del processament
Reparació amb revestiment làser: per a les microesgarrapades que es produeixen després de treure el suport, s'utilitza el mateix material per a la reparació del revestiment làser. La capa de revestiment té un gruix de 10 a 50 μm i té una força d'unió de més de 400 MPa. Aquesta tecnologia ha estat emprada per un determinat fabricant de peces d'aviació per tornar la duresa superficial de les peces a més del 95% del valor del disseny.
Polit electroquímic: ús d'un electròlit (com una barreja d'àcid fosfòric i àcid sulfúric) per dissoldre selectivament les protuberàncies superficials per obtenir un acabat suau. Després del poliment electroquímic, la rugositat superficial Ra de les peces d'aliatge de titani es pot reduir de 3,2 μm a 0,2 μm i la seva resistència a la corrosió es pot augmentar tres vegades.