Những cách phổ biến để hỗ trợ in 3D kim loại là gì?

一, Hỗ trợ cơ khí truyền thống: tìm sự cân bằng giữa thiệt hại và hiệu quả
1. Tháo dỡ dụng cụ bằng tay: dễ nhưng nguy hiểm
Đối với các yếu tố hình học cơ bản, người ta vẫn chủ yếu sử dụng các dụng cụ thủ công như kìm, nhíp. Ví dụ, trong khi in một cánh quạt bằng hợp kim titan, người vận hành phải bóc từ từ dọc theo đường nơi phần đỡ và các phần gặp nhau. Tuy nhiên, quá trình này có một số vấn đề lớn:
Sự tập trung ứng suất tại điểm tiếp xúc: Các công cụ có thể dễ dàng gây ra biến dạng hoặc thậm chí làm gãy các công trình có thành mỏng hoặc công trình đúc hẫng khi tạo lực căng lên chúng. Trong một tình huống liên quan đến kim phun nhiên liệu của động cơ hàng không, việc lấy đi phần đỡ bằng tay đã gây ra các vết nứt nhỏ ở khu vực có độ dày thành 0,3 mm và tỷ lệ phế liệu cuối cùng là 15%.
Thiệt hại bề mặt: Sau khi tan chảy ở nhiệt độ cao, bột kim loại dính chặt vào giá đỡ. Việc lột da cưỡng bức thường để lại vết xước hoặc vết rỗ. Khi bạn tháo giá đỡ thủ công dành cho cấy ghép y tế, độ nhám bề mặt (giá trị Ra) thường lớn hơn 10 μm, cao hơn nhiều so với yêu cầu lâm sàng là 2 μm.
2. Gia công CNC: sự cân bằng giữa độ chính xác và chi phí
Phay CNC hiện là cách tốt nhất để tạo ra các bộ phận có độ chính xác cao. Trung tâm gia công liên kết năm-trục của EOS, một doanh nghiệp ở Đức, có thể loại bỏ phần hỗ trợ còn sót lại ở mức 0,01 mm. Nhưng có hai vấn đề lớn với công nghệ này:
Lãng phí vật liệu: Để tiết kiệm thời gian gia công, phải sử dụng nhiều vật liệu hơn trong quá trình thiết kế bộ phận. Điều này có nghĩa là chỉ sử dụng 20% ​​đến 30% lượng bột.
Ngưỡng dành cho thiết bị: Các máy công cụ CNC-cao cấp có giá hơn một triệu đô la, một con số quá lớn đối với các doanh nghiệp vừa-vừa. Điều này khiến công nghệ khó được sử dụng rộng rãi hơn.
3. Làm sạch bằng rung và luồng không khí: tuyến phòng thủ cuối cùng cho các công trình phức tạp
Đối với những vị trí mà máy khó tiếp cận, chẳng hạn như kênh dòng chảy bên trong hoặc lỗ chéo, việc làm sạch bằng bột cần có sự kết hợp giữa độ rung và luồng khí áp suất-cao. Hệ thống TCB{5}}100 của Chiết Giang Tuobo có thể loại bỏ hơn 95% lượng bột còn sót lại bằng cách sử dụng rung xoay ba chiều 360 độ và khí nén 0,6MPa. Nhưng chiến lược này làm cho việc thiết kế các kết cấu hỗ trợ trở nên khó khăn hơn:
Giới hạn khẩu độ: Nếu đường kính của kênh dòng chảy nhỏ hơn 2 mm, bột có khả năng dính lại với nhau do hoạt động mao dẫn. Để làm sạch nó, cần phải làm sạch bột siêu âm.
Vấn đề sử dụng năng lượng: Bàn rung chạy liên tục 8 tiếng và tiêu tốn 15kWh điện làm tăng chi phí sản xuất.
2, Kỹ thuật in không được hỗ trợ: loại bỏ các vấn đề về xử lý hậu kỳ từ nguồn
1. Tối ưu hóa các thông số quy trình: kiểm soát chính xác năng lượng đầu vào
Velo3D đã có thể in các cấu trúc góc cực nhỏ với các góc từ 5 độ đến 35 độ mà không cần hỗ trợ bằng cách thay đổi công suất laser và kích thước điểm một cách nhanh chóng. Ý tưởng chính là:
Quản lý nhiệt đầu vào: Để giữ cho bể tan chảy không bị quá nóng và sụp đổ, hãy giảm mật độ năng lượng ở vùng treo xuống 80W/mm 2 (quy trình thông thường là 120W/mm 2).
Cách mới để phân tán bột: Độ dày lớp bột có thể được điều chỉnh trong phạm vi ± 5 μm bằng cách phun bột qua phễu phía trước và thu hồi bột bằng thiết bị hút phía sau. Bằng cách này, nhu cầu hỗ trợ sẽ giảm.
2. Hệ thống phản hồi theo thời gian thực-: sự kết thúc của điều khiển vòng-đóng
Công nghệ Smart Fusion của EOS sử dụng máy ảnh chụp cắt lớp quang học (OT) để theo dõi nhiệt độ của bể tan chảy và thuật toán AI để thay đổi cài đặt một cách nhanh chóng. Công nghệ này giúp giảm 70% khả năng hỗ trợ và giảm 40% ứng suất dư trong quá trình in ăng-ten đĩa vệ tinh. Bước đột phá về công nghệ là:
Cân bằng trường nhiệt nhiều lớp: Đảm bảo rằng mỗi lớp nhận được cùng một lượng nhiệt bằng cách lập mô hình các trường nhiệt độ dự báo. Điều này sẽ giữ cho các lớp không bị cong do quá nhiệt cục bộ.
Thư viện thông số thích ứng: Để có ngay bản in không được hỗ trợ, hãy thiết lập các gói quy trình riêng cho từng vật liệu (chẳng hạn như Inconel 718 hoặc Ti6Al4V).
3, Hỗ trợ điện hóa: Một bước đột phá mới trong nghiên cứu vật liệu
1. Nguyên lý anode hy sinh: kiểm soát sự ăn mòn theo cách chọn lọc
Phương pháp khắc điện hóa được đề xuất của Đại học Bang Arizona sẽ tách các bộ phận hỗ trợ và các bộ phận bằng cách thực hiện như sau:
Truyền động có hiệu điện thế: Pin sơ cấp được chế tạo trong dung dịch axit nitric sử dụng thép cacbon (E độ =-0.44V) làm giá đỡ và thép không gỉ 304 (E độ =-0.18V) làm bộ phận. Thép carbon bị oxy hóa đầu tiên.
Oxy đẩy nhanh phản ứng: Khi thêm oxy vào bong bóng, tốc độ ăn mòn tăng lên gấp 6 lần và lớp đỡ bằng thép carbon dày 7mm có thể tan hoàn toàn trong 6 giờ mà không làm tổn thương bề mặt thép không gỉ.
2. Quy trình Hirtisation: bước tiến lớn trong lĩnh vực làm sạch bột tự động
Với-xử lý điện hóa ba giai đoạn, thiết bị H3000 của RENA Technologies cung cấp hỗ trợ hoàn toàn tự động.
Giai đoạn đánh bóng thô: Bằng cách sử dụng xung điện hóa và động lực học chất lỏng, độ nhám ban đầu giảm từ Ra100 μm xuống Ra10 μm và 99% cặn bột được loại bỏ.
Giai đoạn đánh bóng mịn: Công nghệ loại bỏ hóa chất hỗ trợ-hạt làm giảm độ nhám xuống Ra2 μ m, có thể chấp nhận được trong ngành hàng không.
Giai đoạn đánh bóng siêu chính xác-tùy chọn: Nó có thể tạo hiệu ứng gương với Ra0,5 μ m cho các mục đích sử dụng-cao cấp như các bộ phận quang học.
Trong ngành y tế, quy trình này đã hoạt động rất tốt. Ví dụ, đánh bóng cơ học tiêu chuẩn mất 4 giờ và để lại vết xước, trong khi quá trình Hirtisation chỉ mất 45 phút và làm cho độ nhám bề mặt đồng đều hơn ba lần.
4, Ma trận lựa chọn công nghệ: Hướng dẫn đưa ra quyết định dựa trên các kịch bản
Loại công nghệ, tình huống có thể sử dụng, ưu và nhược điểm
Các công cụ thủ công để tách các hình dạng đơn giản, các bộ phận không cần độ chính xác cao, các bộ phận rẻ tiền, các bộ phận dễ sử dụng, các bộ phận có khả năng bị hỏng và các bộ phận không hiệu quả lắm
Máy công cụ CNC rất chính xác để phay các chi tiết có bề mặt phức tạp, với độ chính xác ± 0,01mm. Điều này làm cho thiết bị rất tốn kém và lãng phí rất nhiều vật liệu.
Bột làm sạch rung có kênh dòng chảy bên trong và cấu trúc lỗ chéo không chạm vào bất cứ thứ gì. Nó cũng có giới hạn khẩu độ tự động và sử dụng nhiều năng lượng.
In mà không cần hỗ trợ với góc nhô ra rất nhỏ, không có-xử lý hậu kỳ trong sản xuất hàng loạt, tỷ lệ tiêu thụ nguyên liệu cao, ngưỡng thiết bị cao và việc gỡ lỗi tham số khó khăn
Khắc điện hóa trên các vật liệu hỗn hợp, các bộ phận-chính xác không phá hủy, tự động hóa nhiều, quản lý hóa chất phức tạp và rất nhiều tiền để bắt đầu