Wat zijn de risico’s van onvolledige poederverwijdering bij 3D-printen van metaal?

一, Procesfout: Poederresten maken de kwaliteit van geprinte onderdelen onvoorspelbaar.
1. Te veel ruwheid van het oppervlak en problemen met de structuur
Metaal 3D-printen bouwt dingen door metaalpoeder laag voor laag te smelten. Als de poederresten niet volledig worden verwijderd, zal het oppervlak van het bedrukte product oneffenheden of gaten vertonen. Bij het printen van bladen voor vliegtuigmotoren kan overgebleven poeder van een titaniumlegering bijvoorbeeld het oppervlak ruwer maken dan zou moeten, wat de prestaties van het vliegtuig kan schaden. Achtergebleven poeder kan het pad van de laserscan beperken, wat kan leiden tot Lack of Fusion-fouten. Deze defecten maken de onderdelen veel zwakker en breken sneller.


2. De ‘poederblokkeerzone’ die zich in ingewikkelde structuren bevindt
Het probleem van poederresten is het meest merkbaar in complexe secties met koelkanalen, honingraattussenlagen of ringvormige stromingskanalen. De injectiekop van sommige motoren voor vloeibare zuurstof/kerosine heeft bijvoorbeeld honderden gaten die verspringend zijn. Toen mensen voor het eerst begonnen met reguliere luchtstroom- en trillingsreiniging, was het restpoederpercentage maar liefst 8%. Deze overgebleven poeders kunnen oxideren en groeien als de temperatuur verandert, wat de koelkanalen kan blokkeren en koelingsproblemen kan veroorzaken tijdens verbrandingstests van de motor. In sommige gevallen kunnen ze zelfs structurele rampen veroorzaken.

3. Veiligheidsrisico's verbonden aan implantaten met een poreuze structuur
In de geneeskunde houdt het probleem van poederresten in 3D-geprinte poreuze orthopedische implantaten (zoals tussenwervelfusie-apparaten en acetabulumcups) rechtstreeks verband met de veiligheid van patiënten. Als het metaalpoeder niet volledig wordt verwijderd, kunnen er deeltjes loskomen als gevolg van wrijving of vloeistoferosie nadat het implantaat in het lichaam is geplaatst. Dit kan een ontsteking of afzetting van metaalionen veroorzaken, waardoor het implantaat los kan raken of niet meer werkt.

2, Veiligheid van apparatuur: Poederresten kunnen brand, explosies en problemen met apparatuur veroorzaken
1. Metaalstof dat brandbaar en explosief is, kan explosies veroorzaken.
Metaal 3D-printen maakt gebruik van poeders zoals titanium, aluminium, magnesium en andere die zeer explosief zijn. Hoe kleiner de deeltjes (doorgaans 15-100 micron), hoe groter de kans dat ze exploderen. De onderste explosiegrens van aluminiumpoeder in de lucht is bijvoorbeeld slechts 40 g/m³. Als resterend poeder zich ophoopt in de apparatuur en in contact komt met statische elektriciteit, vonken of hete oppervlakken, kan dit stofexplosies veroorzaken die de apparatuur beschadigen of zelfs mensen verwonden.

2. Problemen met het lasersysteem en bewegende delen
Achtergebleven poeder kan de lens bedekken die de laser scant of het mondstuk blokkeren dat het poeder aanvoert, waardoor de laserenergie zwakker kan worden of kan voorkomen dat het poeder wordt afgeleverd. Ook kan poeder dat in bewegende elementen terechtkomt, zoals printplatformrails en roterende assen, de slijtage versnellen, waardoor apparatuur kan vastlopen of deze minder nauwkeurig kan worden. Als gevolg van poederresten had een bepaald bedrijf veel laserstoringen en de onderhoudskosten liepen op tot wel 30% van de initiële prijs van de apparatuur.

3. Het inertgasbeschermingssysteem werkte niet.
Metaal 3D-printen moet plaatsvinden in een argon- of stikstofomgeving om oxidatie te voorkomen; niettemin kunnen poederresten de gascirculatiepijpleiding belemmeren, de stroomsnelheid van het beschermende gas verminderen en de lokale zuurstofconcentratie boven aanvaardbare niveaus brengen. Dit maakt niet alleen het drukwerk minder goed, maar het kan er ook voor zorgen dat metaalpoeder vanzelf in brand vliegt.

3, Productprestaties: Het poederresidu maakt de belangrijkste functionele indicatoren zwakker.
1. Verlaagde mechanische eigenschappen
Overgebleven poeder kan de dichtheid van geprinte objecten veranderen, waardoor er gebieden ontstaan ​​waar de spanning zich ophoopt. Bij het printen van structuren gemaakt van hoog-staal kunnen poederresten bijvoorbeeld de vloeigrens met 15% tot 20% verlagen. Dit is niet goed genoeg voor de lucht- en ruimtevaart, die zeer strenge normen hanteert voor materiaalkwaliteiten.

2. Niet goed tegen hitte kunnen
Poederresten kunnen microkanalen of warmteafvoervinnen verstoppen in elektronische apparaten of motoronderdelen die de warmte snel moeten afvoeren. Dit kan de efficiëntie van de thermische geleidbaarheid aanzienlijk verlagen. Uit een onderzoek is gebleken dat voor elke stijging van het poederresidupercentage met 1% de warmteafvoerprestaties met 5% tot 8% kunnen dalen.

3. Schade aan het vermogen om af te dichten en corrosie te weerstaan
Poederresten kunnen de dichtheid van het oppervlak van onderdelen in chemische apparatuur of scheepsbouw aantasten en het voor corrosieve materialen gemakkelijker maken om binnen te dringen. Als er bijvoorbeeld poederresten op roestvrijstalen onderdelen zitten waar chloride in zit, kan dit putcorrosie of spanningscorrosie veroorzaken.

4, Gezondheid van werknemers: langdurige blootstelling-aan metaalstof is een langetermijnrisico-.
1. Schade aan de longen
Als de deeltjes in metaalpoeder minder dan 10 micron groot zijn, kunnen ze diep in de longen terechtkomen en zich in de longblaasjes nestelen, wat pneumoconiose, bronchitis of longfibrose kan veroorzaken. Het langdurig inademen van titaniumlegeringspoeder kan bijvoorbeeld pulmonale titaniumafzetting veroorzaken, wat zich uit in hoesten en kortademigheid.

2. Irritatie van de huid en ogen
Wanneer poederresten in contact komen met vuile werkkleding of oppervlakken van apparatuur, kan dit mechanische irritatie of chemische brandwonden aan de huid van werknemers veroorzaken. Ook kan poeder dat in de ogen terechtkomt het hoornvlies beschadigen of conjunctivitis veroorzaken.

3. De kans op vergiftiging door zware metalen
Sommige metaalpoeders, zoals kobalt en nikkel, zijn gevaarlijk voor levende wezens, en langdurig gebruik ervan kan hersenbeschadiging, nierfalen of kanker veroorzaken. Kobaltionen in legeringspoeder op basis van kobalt- kunnen door de huid of de luchtwegen worden geabsorbeerd, wat resulteert in 'harde-legeringsziekte'.

5. Oplossing: een systematische benadering van verbetering, van het optimaliseren van het ontwerp tot het bedenken van nieuwe manieren om dingen te doen.
1. De ontwerpfase: gebruik maken van het idee van "reinigbaarheid"
U kunt het risico op poederresten verkleinen door de geometrische structuur van de onderdelen te verbeteren (bijvoorbeeld door uitlaatgaten toe te voegen en dode hoeken te minimaliseren) of door een topologisch optimalisatieontwerp te gebruiken. Luchtvaartbedrijven hebben bijvoorbeeld het poederresidupercentage teruggebracht van 8% naar minder dan 1% door de hoek van de uitlaat van het koelkanaal te veranderen.

2. Drukproces: het verzamelen van inert stof en het filteren ervan in verschillende fasen
die het risico op zelfontbranding verkleinen, kunt u industriële stofzuigers gebruiken met natte voor{0}}scheidingssystemen die stof opnemen in inerte vloeistoffen. Tegelijkertijd wordt een modulair meer-fasenontwerp voor stofverwijdering, zoals een permanent PPS-filtersysteem, gebruikt om ervoor te zorgen dat het filterelement langer meegaat en beter filtert.

3. Na verwerking: geautomatiseerde poederreiniging en rapportage bij detectie
Gebruik geautomatiseerde technologieën zoals bidirectionele inert gasinslag en ultrasone trillingsreiniging, samen met CT-scans of röntgendetectie, om een ​​gesloten-lussysteem te creëren voor 'feedback van detectie van poederreiniging'. Een medisch bedrijf gebruikte bijvoorbeeld een CT-detectiefeedbacksysteem om het restpercentage implantaatpoeder onder de 0,1% te houden.

4. Veiligheidsregels: Maak de bescherming en het beheer van noodsituaties sterker
Operators moeten N95- of hogere maskers, laser-bestendige brillen en brand-brandbestendige kleding dragen. Ze moeten ook regelmatig veiligheidstrainingen krijgen. De werkplek moet beschikken over metalen brandblussers van klasse D, explosie-veilige stofzuigers en gaslekalarmen. Ook moeten er voorbereidingen worden getroffen voor wat te doen bij brand of explosie.