Làm thế nào để làm sạch bột còn sót lại sau khi in 3D kim loại?

一, Vấn đề chính của việc làm sạch bột còn sót lại là cuộc chiến{0}}ba chiều giữa công nghệ, an toàn và chi phí.
Vấn đề làm sạch bột trong in 3D kim loại phát sinh từ các thuộc tính quy trình riêng biệt của nó. Ví dụ: với công nghệ Nóng chảy bằng Laser chọn lọc (SLM), tia laser làm nóng chảy và tạo thành bột kim loại để tạo thành cấu trúc ba{2}}chiều. Tuy nhiên, bột chưa tan chảy hoàn toàn sẽ dính vào bề mặt của bộ phận hoặc đọng lại trong các lỗ chân lông bên trong. Nếu những hạt còn sót lại này không được làm sạch hoàn toàn, chúng sẽ gây ra ba vấn đề lớn:
Các vấn đề về hiệu suất: Bột còn sót lại có thể cản trở các kênh dòng chảy bên trong, làm giảm mật độ của các bộ phận và thậm chí gây ra lực căng tích tụ, có thể dẫn đến các vết nứt. Ví dụ, nếu có bột còn sót lại trên cánh tuabin của động cơ máy bay, tuổi thọ của nó có thể bị giảm đi một nửa hoặc hơn.
Rủi ro về an toàn: Các loại bột kim loại hoạt tính như bột titan và bột nhôm có thể dễ dàng bị oxy hóa trong không khí, có thể gây nổ. Thống kê cho thấy 32% rủi ro về an toàn trong xưởng in 3D kim loại xảy ra do bột không được làm sạch đúng cách.
Chi phí nằm ngoài tầm kiểm soát: Việc làm sạch các bộ phận lớn bằng tay mất hàng chục giờ, tỷ lệ thu hồi bột dưới 60% khiến giá thành nguyên vật liệu tăng lên rất nhiều. Có lần, một công ty sản xuất linh kiện ô tô đã phải trả thêm 12.000 nhân dân tệ cho mỗi chiếc vì quy trình làm sạch bằng bột không hiệu quả lắm.
2, Quy trình làm sạch theo giai đoạn: kiểm soát hoàn toàn quy trình từ rộng đến tinh
Ngành này đã đưa ra "hệ thống làm sạch ba cấp độ" để tăng cả tốc độ loại bỏ bột và hiệu quả của quy trình. Điều này là do các giai đoạn in khác nhau và chất lượng bộ phận đòi hỏi các kiểu làm sạch khác nhau.
1. Vệ sinh cơ bản: tái chế bột trong ngăn in
Sau khi in xong, các mảnh vẫn được chôn trong lớp bột và cần được thu gom bằng thiết bị tự động:
Hệ thống hút bột chân không: sử dụng công nghệ hấp phụ áp suất âm và đầu hút có thể điều chỉnh để hút nhanh bột ra khỏi bề mặt lớp bột. Ví dụ: một thiết bị nhất định có thể lấy lại hơn 95% bột chưa tan chảy bằng hệ thống lọc nhiều{2}}giai đoạn. Sự phân bố kích thước của các hạt bột giống như bột ban đầu.
Bảng sàng lọc độ rung: Đặt bột bạn thu được vào máy sàng rung và sử dụng-rung tần số cao để tách bột quá lớn. Một màn hình rung siêu âm được một nhà sản xuất thiết bị cấy ghép y tế sử dụng để nâng độ tinh khiết của bột lên 99,9%, là tiêu chuẩn y tế ISO 13485.
2. Làm sạch trung gian: Loại bỏ bột trên bề mặt và trong các lỗ chân lông của các bộ phận
Cần kết hợp các quy trình làm sạch vật lý và hóa học đối với các bộ phận có các hạt trên bề mặt và trong các lỗ chân lông nông:
-Làm sạch bằng tia áp suất cao: Sử dụng khí nén ở mức 0,5–0,6 MPa để bọc cùng loại hạt kim loại và làm sạch bề mặt của các bộ phận bằng cách va đập vào chúng. Một nhà sản xuất thiết bị cấy ghép chỉnh hình đã có thể loại bỏ 98% bột lỗ chân lông trong thiết bị hợp nhất giữa các đốt sống bằng cách phun nó từ nhiều góc độ. Độ nhám bề mặt được giảm xuống Ra 0,8 μm.
Làm sạch bằng rung siêu âm: Đặt các bộ phận vào dung dịch làm sạch cụ thể và sử dụng rung-tần số cao trên 20kHz để phá vỡ liên kết giữa bột và bề mặt các bộ phận. Làm sạch bằng siêu âm được một nhà sản xuất cánh động cơ máy bay sử dụng để giảm lượng bột còn lại trong kênh dòng chảy bên trong của lưỡi dao từ 0,5g xuống 0,02g.
Làm sạch bằng cách tắm hơi: Dung môi hữu cơ hydrocarbon halogen hóa được sử dụng để làm sạch vết dầu và hỗn hợp bột bằng hơi nước. Một công ty sản xuất trục hộp số ô tô đã sử dụng phòng tắm hơi để làm sạch các bộ phận đạt độ sạch NAS cấp 6.
3. Làm sạch ở mức độ cao hơn: Loại bỏ sâu các hạt từ bên trong các bộ phận kết cấu phức tạp
Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, cần có thiết bị chuyên dụng để loại bỏ hoàn toàn các hạt bên trong khỏi các bộ phận kết cấu lớn và phức tạp.
Bệ xoay đa trục 360 độ{1}}được cung cấp năng lượng bởi mô tơ servo và rung ở tần số cao (tối đa 25 lần mỗi phút). Điều này giúp giảm 90% thời gian cần thiết để làm sạch bột khỏi các kênh dòng chảy phức tạp như lỗ sâu và khoang bên trong. Ví dụ: bàn làm sạch bột quay Huashu High Tech FS{6}}PBS-12M có thể làm sạch các phôi có kích thước 1530mm × 1530mm × 1700mm và loại bỏ 99% bột.
Hệ thống làm sạch bột an toàn khỏi cháy nổ: Đối với các loại bột dễ cháy và dễ nổ như bột titan và nhôm, hệ thống này có thiết kế bảo vệ hoàn toàn bằng khí trơ, theo dõi nồng độ oxy trong thời gian thực và bao gồm tính năng báo động. Hệ thống làm sạch bột chống cháy nổ Tuobo Additive TCB-300 được cơ quan quốc gia chứng nhận và có thể giữ an toàn cho nhân viên đồng thời tăng tỷ lệ thu hồi bột lên hơn 90%.
3. Xu hướng đổi mới công nghiệp: Hai động lực thúc đẩy sự thay đổi: Trí tuệ và Xanh hóa
Khi in 3D kim loại ngày càng lớn hơn và chính xác hơn, công nghệ làm sạch bột còn sót lại đang cho thấy hai xu hướng mới:
Hệ thống làm sạch thông minh: Sử dụng công nghệ song sinh kỹ thuật số để mô phỏng phân phối bột và tìm ra đường làm sạch tốt nhất. Sử dụng thuật toán AI để tự động thay đổi tần số rung và áp suất phun, sao cho “một máy có thể làm được nhiều việc”. Ví dụ: một công ty đã xây dựng một hệ thống làm sạch bột thông minh có thể tự động lập kế hoạch làm sạch dựa trên mô hình CAD của các bộ phận. Điều này giúp việc làm sạch hiệu quả hơn 40%.
Tái chế bột màu xanh lá cây: Tạo một hệ thống-vòng khép kín cho toàn bộ quy trình "làm sạch, sàng lọc, sấy khô và tái chế bột" nhằm giảm lượng bột thải. Bằng cách sử dụng công nghệ tái chế bột, một nhà sản xuất các bộ phận hàng không đặc biệt đã cắt giảm 65% lượng bột sử dụng trong mỗi bộ phận và 90% lượng bụi thải ra.
4, Tiêu chuẩn, định mức: từ việc doanh nghiệp làm đến việc toàn ngành thống nhất
Ngành công nghiệp đang thúc đẩy việc tạo ra các tiêu chuẩn nhất quán để giải quyết vấn đề thiếu các yêu cầu về làm sạch bột:
Tiêu chuẩn ASTM F3301 nêu rõ cách phân loại độ sạch của bề mặt vật phẩm in 3D bằng kim loại và đặt ra giới hạn về lượng cặn bột có thể còn sót lại trong các tình huống khác nhau.
Nguyên tắc ISO/ASTM 52921: Đưa ra hướng dẫn vận hành an toàn cho thiết bị làm sạch bằng bột, chẳng hạn như cách kiểm tra nồng độ oxy và đảm bảo thiết bị-có khả năng chống cháy nổ.
Tiêu chuẩn cho toàn bộ doanh nghiệp: Ví dụ: Huashu High Tech đã tạo ra "Thông số kỹ thuật để làm sạch bột in 3D kim loại", bao gồm tất cả các bước của quy trình, từ việc chọn thiết bị phù hợp đến thiết lập các thông số quy trình phù hợp.