Wat zijn de gebruikelijke manieren om 3D-printen met metaal te ondersteunen?

一, Traditionele mechanische ondersteuning: het vinden van een balans tussen schade en efficiëntie
1. Gereedschap met de hand uit elkaar halen: gemakkelijk maar gevaarlijk
Voor elementaire geometrische elementen gebruikt men nog steeds vooral handmatige instrumenten zoals tangen en pincetten. Tijdens het printen van een waaier van een titaniumlegering moet de operator bijvoorbeeld langzaam afpellen langs de lijn waar de steun en de secties samenkomen. Dit proces kent echter enkele grote problemen:
Spanningsconcentratie op het contactpunt: Gereedschap kan gemakkelijk vervorming of zelfs breuk veroorzaken in dun-wandige of vrijdragende constructies als ze er spanning op uitoefenen. In één situatie waarbij een brandstofinjector van een vliegtuigmotor betrokken was, veroorzaakte het met de hand wegnemen van de steun microscheuren in een gebied met een wanddikte van 0,3 mm, en het uiteindelijke schrootpercentage was 15%.
Beschadiging van het oppervlak: Metaalpoeder hecht na het smelten bij hoge temperaturen stevig aan de ondergrond. Geforceerd pellen laat meestal krassen of putjes achter. Wanneer u de handmatige ondersteuning voor medische implantaten verwijdert, is de oppervlakteruwheid (Ra-waarde) doorgaans meer dan 10 μm, wat veel hoger is dan de klinische vereiste van 2 μm.
2. CNC-bewerking: de balans tussen nauwkeurigheid en kosten
CNC-frezen is nu de beste manier om onderdelen met hoge-precisie te maken. Een vijf--assig bewerkingscentrum van EOS, een Duits bedrijf, kan restondersteuning verwijderen tot een niveau van 0,01 mm. Maar er zijn twee grote problemen met deze technologie:
Materiaalverspilling: om bewerkingstijd te besparen, moeten er tijdens het onderdeelontwerp meer materialen worden gebruikt. Dit betekent dat slechts 20% tot 30% van het poeder wordt gebruikt.
Drempel voor apparatuur: Hoog-CNC-bewerkingsmachines kosten meer dan een miljoen dollar, wat te veel is voor kleine en middelgrote- bedrijven om te betalen. Dit maakt het moeilijker voor de technologie om op grotere schaal te worden gebruikt.
3. Reinigen met behulp van trillingen en luchtstroom: de laatste verdedigingslinie voor gecompliceerde constructies
Voor plaatsen waar machines moeilijk kunnen komen, zoals interne stroomkanalen of dwarsgaten, heeft poederreiniging een combinatie van trillingen en hoge-luchtdruk nodig. Het TCB-100-systeem van Zhejiang Tuobo kan meer dan 95% van het overgebleven poeder verwijderen door gebruik te maken van driedimensionale rotatietrilling van 360 graden en perslucht van 0,6 MPa. Maar deze strategie maakt het ontwerp van ondersteunende structuren moeilijker:
Diafragmabeperking: Als de diameter van het stroomkanaal kleiner is dan 2 mm, zal het poeder waarschijnlijk bij elkaar blijven vanwege capillaire werking. Om het schoon te maken is ultrasone poederreiniging nodig.
Probleem met energieverbruik: De triltafel loopt 8 uur achter elkaar en verbruikt 15 kWh elektriciteit, wat de productiekosten verhoogt.
2, Afdruktechniek die niet wordt ondersteund: problemen met na-naverwerking vanaf de bron oplossen
1. Optimaliseren van procesparameters: exacte controle van de energie-input
Velo3D is erin geslaagd om kleine hoekstructuren met hoeken tussen 5 graden en 35 graden zonder ondersteuning te printen door het laservermogen en de spotgrootte direct te veranderen. Het belangrijkste idee is:
Beheer van de warmte-inbreng: Om te voorkomen dat het smeltbad te heet wordt en instort, verlaagt u de vermogensdichtheid in het hangende gebied tot 80W/mm² (het gebruikelijke proces is 120W/mm²).
Nieuwe manier om poeder te verspreiden: De dikte van de poederlaag kan binnen ± 5 μm worden geregeld door poeder door een trechter aan de voorkant te spuiten en dit op te zuigen door een zuigapparaat aan de achterkant. Op deze manier wordt de vraag naar ondersteuning verminderd.
2. Een real-feedbacksysteem: het einde van de closed-loop-controle
De Smart Fusion-technologie van EOS maakt gebruik van optische tomografiecamera's (OT) om de temperatuur van het smeltbad in de gaten te houden en AI-algoritmen om instellingen direct te wijzigen. De technologie vermindert de ondersteuning met 70% en de resterende stress met 40% bij het printen van satellietschotelantennes. De technologische doorbraak is:
Meer-laag thermisch veldevenwicht: zorg ervoor dat elke laag dezelfde hoeveelheid warmte krijgt door voorspelde temperatuurvelden te modelleren. Dit voorkomt dat de lagen doorbuigen als gevolg van plaatselijke oververhitting.
Bibliotheek met adaptieve parameters: Om meteen niet-ondersteund printen mogelijk te maken, stelt u voor elk materiaal afzonderlijke procespakketten in (zoals Inconel 718 of Ti6Al4V).
3, Elektrochemische ondersteuning: een nieuwe doorbraak in de studie van materialen
1. Het opofferingsanodeprincipe: corrosie op een geselecteerde manier beheersen
De door de Arizona State University voorgestelde elektrochemische etsmethode scheidt ondersteuning en componenten door het volgende te doen:
Rijden met een potentiaalverschil: een primaire accu is gemaakt in een salpeterzuuroplossing met koolstofstaal (E-graad =-0.44V) als steun en roestvrij staal 304 (E-graad =-0.18V) als onderdeel. Koolstofstaal wordt eerst geoxideerd.
Zuurstof versnelde de reactie: wanneer zuurstofbellen worden toegevoegd, wordt de corrosiesnelheid zes keer verhoogd, en de 7 mm dikke koolstofstalen drager kan in 6 uur volledig worden opgelost zonder het roestvrijstalen oppervlak te beschadigen.
2. Het Hirtisatieproces: een grote stap voorwaarts in geautomatiseerde poederreiniging
Met een elektrochemische behandeling in drie- fasen biedt de H3000-apparatuur van RENA Technologies volledig automatische ondersteuning.
Ruwe polijstfase: Door gebruik te maken van elektrochemische pulsen en vloeistofdynamica wordt de initiële ruwheid verlaagd van Ra100 μm naar Ra10 μm en wordt 99% van de poederresten verwijderd.
Fijne polijstfase: De technologie voor deeltjes{0}}ondersteunde chemische verwijdering verlaagt de ruwheid tot Ra2 μm, wat acceptabel is voor de luchtvaart.
Optionele polijstfase met ultra-precisie: deze kan een spiegeleffect creëren met een Ra0,5 μm voor hoogwaardige- toepassingen zoals optische componenten.
In de medische industrie heeft deze procedure zeer goed gewerkt. Het standaard mechanisch polijsten duurt bijvoorbeeld 4 uur en laat krassen achter, terwijl het Hirtisatieproces slechts 45 minuten duurt en de oppervlakteruwheid drie keer beter uniform maakt.
4, Technologieselectiematrix: een gids voor het nemen van beslissingen op basis van scenario's
Type technologie, situaties waarin deze kan worden gebruikt, voor- en nadelen
Handmatige gereedschappen voor het uit elkaar halen van eenvoudige vormen, componenten die niet erg precies hoeven te zijn, onderdelen die goedkoop zijn, onderdelen die gemakkelijk te gebruiken zijn, onderdelen die gemakkelijk breken en onderdelen die niet erg efficiënt zijn
CNC-bewerkingsmachines zijn zeer nauwkeurig voor het frezen van gecompliceerde oppervlaktestukken, met een nauwkeurigheid van ± 0,01 mm. Dit maakt de apparatuur erg duur en er gaat veel materiaal verloren.
Trillingsreinigingspoeder heeft een intern stroomkanaal en een kruisgatconstructie die nergens mee in aanraking komt. Daarnaast beschikt hij over een automatische diafragmabegrenzing en verbruikt hij veel energie.
Afdrukken zonder ondersteuning met een kleine overhanghoek, geen na-verwerking bij massaproductie, een hoog materiaalverbruik, een hoge apparatuurdrempel en lastige foutopsporing van parameters
Elektrochemisch etsen van gemengde materialen, niet-destructieve precisieonderdelen, veel automatisering, ingewikkeld chemisch beheer en om te beginnen veel geld