Hỗ trợ còn lại sẽ có tác động gì đến các bộ phận in 3D bằng kim loại?

一, Nguy cơ có thể xảy ra sự hỗ trợ dư thừa đối với chất lượng cơ học của các bộ phận
1. Nồng độ ứng suất dư và nguy cơ nứt
Khi kim loại được in 3D, ứng suất dư có thể dễ dàng hình thành ở phần kết nối giữa khung đỡ và các bộ phận. Điều này là do hệ số giãn nở nhiệt là khác nhau. Nếu phần đỡ còn lại không bị loại bỏ hoàn toàn thì vị trí tập trung ứng suất có thể là nơi vết nứt bắt đầu. Ví dụ: nếu phần đỡ còn lại không được loại bỏ trong khi in các cánh động cơ hàng không, điều này có thể gây ra ứng suất tích tụ ở đầu lưỡi dao. Điều này có thể dẫn đến các vết nứt do mỏi và hạn chế tuổi thọ của các bộ phận ở chế độ cài đặt-nhiệt độ cao. Nghiên cứu của Đại học Giao thông Tây An chứng minh rằng khi các bộ phận bằng hợp kim titan được hỗ trợ bằng ứng suất dư chưa được xử lý, mức ứng suất dư của chúng lớn hơn mức cần thiết từ 30% đến 50%, khiến khả năng chống mỏi của chúng kém hơn nhiều.
2. Vật liệu vô tổ chức
Hỗ trợ còn lại có thể thay đổi cách cấu trúc vật liệu trong thành phần. Trong quy trình nấu chảy chọn lọc bằng laser (SLM), sự kết nối giữa vật đỡ và bộ phận có thể tạo ra các hạt thô hoặc cấu trúc pha siêu bền do chu kỳ nhiệt độ lặp đi lặp lại. Các nhà nghiên cứu của Đại học Beihang đã sử dụng nhiễu xạ tán xạ ngược điện tử (EBSD) để phát hiện ra rằng kích thước hạt hỗ trợ diện tích còn lại lớn hơn 2 đến 3 lần so với chất nền. Điều này làm cho vật liệu bớt cứng hơn từ 15% đến 20% và ảnh hưởng đến khả năng chống mài mòn của nó.
3. Sai lệch về độ chính xác hình học
Hỗ trợ dư có thể thay đổi kích thước của bộ phận đó. Nếu phần hỗ trợ còn lại tạo ra bề mặt nhô ra 0,1 mm trong các thiết bị cấy ghép y tế chính xác như cốc ổ cối, thì nó có thể gây kích ứng mô trong cơ thể sau khi cấy ghép. Một-ví dụ thực tế từ một doanh nghiệp minh họa rằng phần đỡ còn lại đã tạo ra độ lệch kích thước hướng tâm là 0,08mm trong một mẫu đĩa tuabin nhất định, nằm ngoài phạm vi có thể chấp nhận được và khiến toàn bộ cụm máy bị hỏng.
2, Hỗ trợ còn lại có ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt.
1. Độ nhám bề mặt ngày càng trầm trọng
Phay và đánh bóng bằng giấy nhám là hai vật dụng hỗ trợ cơ học phổ biến có thể để lại vết xước trên bề mặt đồ vật. Ví dụ, giá đỡ hợp kim crom coban có thể có giá trị Ra độ nhám bề mặt là 3,2 μm sau khi được đánh bóng bằng tay bằng giấy nhám. Tuy nhiên, giá trị này có thể giảm xuống 0,2 μm bằng cách đánh bóng điện hóa. Một doanh nghiệp thiết bị y tế cho biết những khiếm khuyết trên bề mặt do vật liệu hỗ trợ còn sót lại tạo ra đã khiến khả năng sản phẩm phải được làm lại cao hơn 40% và làm tăng chi phí sản xuất.
2. Nguy cơ ô nhiễm hóa chất
Nếu bạn không kiểm soát chính xác nồng độ của dung dịch trong khi ăn mòn hóa học để loại bỏ sự hỗ trợ, bạn có thể bị ăn mòn hoặc rỗ đồng đều. Khi các bộ phận bằng hợp kim nhôm được để trong dung dịch ăn mòn axit quá lâu, chúng sẽ phát triển các vết ăn mòn trên bề mặt rộng 0,5 đến 2 mm. Điều này làm cho chúng có khả năng chống ăn mòn kém hơn. Một công ty sản xuất phụ tùng ô tô nào đó đã thiệt hại trực tiếp hơn một triệu nhân dân tệ về mặt kinh tế do phần đỡ còn sót lại khiến nhiều bộ phận bị ăn mòn trên bề mặt.
3. Sự cố ở vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ)
Khi hỗ trợ cắt laser, nhiệt độ cao có thể tạo ra các lớp bề mặt nóng chảy lại. Sau khi cắt bằng laze, độ dày lớp nấu chảy lại của các bộ phận bằng hợp kim nhiệt độ cao Inconel 718-có thể đạt tới 50–100 μm. Điều này làm cho các bộ phận bớt cứng hơn 10%–15% và ảnh hưởng đến độ bền của chúng ở nhiệt độ cao. Bằng cách tinh chỉnh-cài đặt laser (độ rộng xung<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, Các giới hạn mà hỗ trợ còn lại gây ra đối với hiệu quả và chi phí trong xử lý
1. Giá của thời gian xử lý hậu kỳ-đã tăng vọt
Có thể mất 30% đến 50% toàn bộ chu trình sản xuất để xử lý các phần kết cấu phức tạp mà không cần bất kỳ sự trợ giúp nào. Ví dụ, vỏ buồng đốt của một động cơ máy bay có cấu trúc hỗ trợ bên trong phức tạp, phải mất 120 giờ để tháo rời bằng tay. Nhưng khi bạn sử dụng vật liệu hỗ trợ hòa tan, thời gian hòa tan giảm xuống còn 8 giờ mỗi mảnh và hiệu quả tăng lên 15 lần.
2. Lãng phí vật liệu và sự cố tái chế
Rất nhiều bột kim loại được sử dụng hết bởi cấu trúc hỗ trợ. Ví dụ, với công nghệ SLM, lượng vật liệu hỗ trợ có thể chiếm tới 20% đến 30% tổng lượng sử dụng. Nếu vật liệu hỗ trợ còn sót lại làm nhiễm bẩn bột (ví dụ: nếu bột hợp kim titan được trộn vào vật liệu đỡ bằng thép không gỉ), chi phí tái chế sẽ tăng từ 50% đến 100%. Leiming Laser đã cắt giảm 40% lượng vật liệu hỗ trợ được sử dụng cho một mẫu bộ phận bằng cách cải tiến thiết kế của bộ phận hỗ trợ. Điều này giúp công ty tiết kiệm hơn 2 triệu nhân dân tệ mỗi năm chi phí bột.
3. Chi phí hao mòn và bảo trì thiết bị
Việc thay thế các công cụ hỗ trợ cơ khí (như đá mài, dao phay) thường làm tăng chi phí bảo trì thiết bị. Một công ty sản xuất khuôn mẫu cụ thể cho biết sự mài mòn của dụng cụ do hỗ trợ còn sót lại đã làm tăng chi phí bảo trì hàng năm lên 300.000 nhân dân tệ và việc bảo trì trong thời gian ngừng hoạt động đã làm giảm 15% công suất sản xuất.
4, Chiến lược có hệ thống để giải quyết các vấn đề còn sót lại
1. Tối ưu hóa thiết kế kết cấu đỡ
Tối ưu hóa cấu trúc liên kết: Sử dụng phần mềm mô phỏng như Magics để tự động tạo các cấu trúc hỗ trợ nhẹ giúp hạ thấp diện tích tiếp xúc. Sau khi chuyển sang thiết kế hỗ trợ dạng cây-, một doanh nghiệp đã cắt giảm 60% số lượng tài liệu hỗ trợ mà họ sử dụng và giảm 75% thời gian cần thiết để hỗ trợ.
Vật liệu có thể hòa tan: Các chất hỗ trợ hòa tan trong nước như rượu polyvinyl (PVA) được sử dụng để hòa tan và loại bỏ các cấu trúc khoang bên trong phức tạp để chúng không tiếp xúc với nhau. Vật liệu hỗ trợ PVA cho thiết bị EOS M290 đã được sử dụng hiệu quả để chế tạo các bộ phận của máy bay.
2. Công nghệ hỗ trợ không cần liên hệ
Hỗ trợ bằng sóng siêu âm: Sử dụng rung động tần số cao-(20–40 kHz) để phá vỡ cấu trúc hỗ trợ, điều này tốt cho các bộ phận chính xác. Hệ thống Sonic Mill có thể hoạt động với các vật đỡ có đường kính nhỏ hơn 0,5 mm và có độ nhám bề mặt nhỏ hơn 0,4 μm.
Khắc plasma: Sử dụng plasma nhiệt độ-thấp (hỗn hợp khí Ar và O2) để loại bỏ có chọn lọc chất hỗ trợ mà không gây ra hậu quả về nhiệt. Giải pháp đánh bóng từ tính của Magnalux đã được sử dụng để hỗ trợ giá đỡ bằng hợp kim crom coban và chất lượng bề mặt đáp ứng yêu cầu y tế.
3. Điều chỉnh thông số xử lý thông minh
Cắt ứng suất thấp: Cắt dây (WEDM) sử dụng các cài đặt có độ rộng xung dưới 10 μs và dòng điện cực đại dưới 5A để giảm nhiệt đầu vào. Bằng cách tối ưu hóa các thông số, một công ty cụ thể đã có thể quản lý độ dày của lớp nấu chảy lại của các bộ phận hợp kim titan sau khi cắt xuống trong phạm vi 15 μm.
Phay phân lớp: Để phân tán lực cắt, kỹ thuật phay phân lớp có độ sâu cắt nhỏ (<0.2mm) and a high feed rate (>500mm/phút) được sử dụng cho các hệ thống hỗ trợ dày. Đây là cách trung tâm gia công năm{2} trục của DMG MORI kiểm soát độ biến dạng của việc loại bỏ hỗ trợ trong phạm vi 0,02mm.
4. Bảo vệ và sửa chữa sau gia công
Sửa chữa bằng tấm ốp bằng laze: Đối với những vết xước nhỏ xảy ra sau khi tháo tấm đỡ, vật liệu tương tự sẽ được sử dụng để sửa chữa tấm ốp bằng laze. Lớp phủ dày 10–50 μm và có cường độ liên kết trên 400 MPa. Công nghệ này đã được một nhà sản xuất phụ tùng hàng không sử dụng để đưa độ cứng bề mặt của các bộ phận trở lại hơn 95% giá trị thiết kế.
Đánh bóng điện hóa: Sử dụng chất điện phân (như hỗn hợp axit photphoric và axit sunfuric) để hòa tan có chọn lọc các va đập trên bề mặt để có được bề mặt mịn. Sau khi đánh bóng điện hóa, độ nhám bề mặt Ra của các bộ phận hợp kim titan có thể giảm từ 3,2 μm xuống 0,2 μm và khả năng chống ăn mòn của chúng có thể tăng gấp ba lần.