Heeft ondersteunend ontwerp invloed op de na-verwerkingskosten?

1. Basisideeën die de relatie tussen ontwerp en kosten ondersteunen
Bij het ontwerpen van metalen 3D-printondersteuning moet een compromis worden gevonden tussen ‘stabiel gieten’ en ‘kostenefficiëntie’. De belangrijkste ideeën erachter houden rechtstreeks verband met de kosten van na-verwerking:
Het idee achter het beperken van het contactoppervlak
Er zijn drie soorten contact tussen steun en onderdelen: oppervlaktecontact, lijncontact en puntcontact. Oppervlaktecontact kan de zaken stabieler maken, maar het maakt de na-verwerking een stuk moeilijker. Vliegtuigbeugels van titaniumlegering met een oppervlaktecontactontwerp hebben bijvoorbeeld een restoppervlak van 12 cm², waarvoor 5 uur handmatig polijsten nodig is om aan de oppervlakteruwheidseis van Ra1,6 μm te voldoen. Bij een puntcontactontwerp bedraagt ​​het restoppervlak slechts 2,3 cm² en bedraagt ​​de mechanische polijsttijd slechts 40 minuten. Uit het werk van Suzhou Tianhong Laser blijkt dat voor elke 1 cm² afname van het contactoppervlak de tijd die nodig is voor de nabewerking met 15% tot 20% kan worden verkort.
Exacte controle van de kritische hoek
Verschillende processen hebben verschillende kritische ophanghoeken: Het SLM-proces heeft normaal gesproken ondersteuning nodig voor constructies die op minder dan 30 graden hangen, terwijl het EBM-proces de kritische hoek tot 35 graden kan verkleinen omdat het smelt bij hoge temperaturen. De adaptieve scanmethode van Leiming Laser maakte het mogelijk om hangende structuren zonder ondersteuning te printen onder kleine hoeken van 5 graden tot 35 graden door de laservermogensdichtheid direct te veranderen. Dit verminderde het aantal benodigde ondersteunende materialen met 78% en de kosten van na-verwerking met 65%.
Het idee om materialen te besparen
De prijs van metaalpoeder kan oplopen tot duizenden yuan per kilogram, en het verspillen van ondersteunende materialen verhoogt onmiddellijk de prijzen. Als we de Inconel 718-legering op nikkel-basis als voorbeeld gebruiken, leidt het standaard ondersteuningsontwerp tot een verspillingspercentage van maximaal 18%, terwijl de boom-draagstructuur die door topologie-optimalisatie wordt gecreëerd, het verspillingspercentage onder de 5% kan houden. Een voorbeeld van een onderdeel van een vliegtuigmotor illustreert dat het verbeterde ontwerp van de ondersteuning de kosten van een enkel stuk materiaal verlaagt van 2300 yuan naar 850 yuan, een daling van 63%.
2. Belangrijke elementen die ontwerp-gestuurde post-kosten ondersteunen
Ondersteuning van het risico op blijvend lichamelijk letsel
Weefseldefecten kunnen optreden wanneer de ondersteuning en het componentinterface verschillende hoeveelheden thermische spanning hebben. Bij het printen met 316L roestvrij staal kunnen zich grove kolomvormige kristallen vormen waar de rastersteun de vaste stof raakt. Dit maakt het gebied 15% tot 20% zachter en verkort de levensduur tegen vermoeidheid met 40%. Om deze verborgen gevaren weg te nemen, moet de warmtebehandelingsprocedure langer duren, wat betekent dat de kosten voor de nabewerking van één stuk met 120 tot 180 yuan zullen stijgen.
Het probleem van het toegankelijk maken van ingewikkelde structurele steun
De turbineschijf in de luchtvaartmotor heeft een binnenkanaaldiameter van slechts 2 mm. Het standaard ondersteuningsontwerp zorgt ervoor dat het kanaalgedeelte met meer dan 8% vervormt, wat moet worden verholpen door middel van elektrochemische oplossing. Voor deze techniek is een salpeterzuuroplossing van 41 gew.% nodig die gedurende 6 uur bij 80 graden wordt behandeld. De kosten van één middel bedragen 350 yuan en er is een kans op uniformiteit van corrosie.
De verborgen kosten als je dingen met de hand moet doen
Uit gegevens van de geautomatiseerde productielijn van BMW IDAM blijkt dat handmatige tussenkomst nog steeds nodig is om te helpen bij het verwijderingsproces, dat 35% van de totale na- naverwerkingsuren in beslag neemt. De arbeidskosten bedragen maar liefst 2,8 miljoen yuan per jaar voor een productielijn die 10.000 stuks per jaar maakt. Het NetShape-robotsysteem van Rivelin Robotics maakt gebruik van force feedback-controle om een ​​contactkrachtnauwkeurigheid van 0,1N-niveau te bereiken. Hierdoor wordt de noodzaak voor handmatige tussenkomst teruggebracht tot minder dan 5% en wordt er ruim 2 miljoen yuan per jaar bespaard.
3. Strategieën op de grens die helpen bij ontwerpoptimalisatie
Structuur die op zichzelf kan staan ​​dankzij generatief ontwerp
Met behulp van machine learning-technieken kan Autodesk Netfabb-software automatisch biomimetische roosterondersteuningsstructuren construeren. Deze methode verminderde het gewicht van een satellietbeugel met 85% en maakte een einde aan de behoefte aan traditionele ondersteuning. Het veranderde ook de na-verwerkingsprocedure van mechanische verwerking naar eenvoudige warmtebehandeling en verlaagde de kosten van een enkel stuk met 1200 yuan.
Samenwerken om nieuwe ideeën te bedenken voor multi-materiaalsystemen
De bimetaalondersteuningstechnologie van Belgian Materialise maakt gebruik van het feit dat Inconel 718 en puur ijzer met verschillende snelheden bij 800 graden oxideren om de ondersteuning automatisch af te pellen. Deze methode brengt de hoeveelheid overgebleven steun terug tot minder dan 0,01 mm, verkort de tijd die nodig is voor de na-verwerking van 48 uur naar 8 uur en bespaart 650 yuan per stuk.
Gesloten luscontrole van procestracking
Hoge-snelheidscamera's en infraroodsensoren in het Siemens Process Sight-systeem houden de vorm van het gesmolten bad in realtime in de gaten. Wanneer de mogelijkheid bestaat dat er onvoldoende ondersteuning is, worden de laserinstellingen automatisch gewijzigd of wordt er extra ondersteuning gecreëerd. Bij het printen van een gecompliceerd stroomkanaalonderdeel verlaagde de technologie het defectpercentage als gevolg van ondersteuning van 18% naar 0,3%, wat meer dan 500.000 yuan per jaar aan herbewerkingskosten bespaarde.