اثرات باقیمانده پودر بر عملکرد قطعات چیست؟

一، ماهیت فیزیکی و شیمیایی باقیمانده پودر: پیوندی از عیوب میکروسکوپی به شکست ماکروسکوپی
باقیمانده پودر از ذرات جامدی تشکیل شده است که در طول فرآیند تولید به طور کامل حذف نشده اند. ترکیب، اندازه، شکل و توزیع آنها همگی تأثیر مستقیمی بر عملکرد خوب قطعات دارند. در دنیای پرینت سه بعدی با فلز، پودر باقی مانده ممکن است دارای ذرات فلزی باشد که با هم ذوب نشده اند، اجزای اکسید یا پودر ماهواره ای (ذرات ریزی که به ذرات بزرگتر می چسبند). به عنوان مثال، پس از 15 بار استفاده از پودر Ti6Al4V در فرآیند ذوب پرتو الکترونی (EBM)، پوشش اکسید روی سطح ذرات ضخیم‌تر شد. این باعث ایجاد گسل های همجوشی در داخل قطعه شد و باعث شد تا 69 برابر کمتر بتواند استرس را تحمل کند. این نقص کوچک احتمالاً با بارگذاری مکرر مؤلفه به منبع ترک تبدیل می شود که طول عمر آن را تا حد زیادی محدود می کند.
در دنیای تولید لوازم الکترونیکی، باقی مانده های معدنی روی سطح PCBA (مجموعه برد مدار چاپی)، از جمله کربنات ها و کاربیدها در شار لحیم کاری، می توانند مقاومت عایق را کاهش داده و جریان نشتی را افزایش دهند. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که وقتی غلظت باقیمانده بیش از 0.1 میلی‌گرم بر سانتی‌متر مربع باشد، جریان نشتی بین اتصالات لحیم کاری می‌تواند سه مرتبه افزایش یابد. این می تواند باعث خوردگی سطح فلز در محیط های مرطوب شود که می تواند منجر به تماس ضعیف یا حتی خرابی مدار باز شود. بقایای آلی مانند رزین و گریس می‌توانند پوشش‌های عایق ایجاد کنند که کار اتصالات الکتریکی را سخت‌تر می‌کند و باعث ایجاد مشکلاتی می‌شود.
2، روشی که باقیمانده پودر بر عملکرد قطعه تأثیر می گذارد: اثر جفت شدن چند مقیاس-
1. کاهش عملکرد مکانیکی: کاتالیزورهای پنهان خستگی و شکستگی
بقایای پودر ریزساختار مواد را تغییر می دهد که ویژگی های مکانیکی آنها را تغییر می دهد. روشی که پاشش باقیمانده در فرآیند ذوب بستر پودر لیزری (LPBF) پخش می شود، کاملاً با رویکرد اسکن گره خورده است. مطالعات نشان داده‌اند که اسکن در جهت جریان هوا (به عنوان مثال، S{10}}270 درجه) می‌تواند منجر به افزایش 30 درصدی در رسوب پاشش روی بستر پودر، ایجاد تخلخل یا نقص‌های همجوشی ناقص در حوضچه مذاب شود، در نتیجه چگالی اجزا را کاهش می‌دهد. داده‌های تجربی نشان می‌دهد که حد خستگی اجزای فولاد ضد زنگ 316 لیتری با درصد حجمی 0.5 درصد منافذ، 40 درصد نسبت به اجزای بدون نقص کاهش می‌یابد.
استفاده مکرر از پودر نیز می تواند خواص پودر را تغییر دهد، که می تواند بر عملکرد خوب قطعات تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، پس از 15 استفاده از پودر فولاد ضد زنگ 17-4PH، توزیع اندازه ذرات پودر باریک شد (D10 از 20.8 میکرومتر به 25.3 میکرومتر رسید)، پودر ماهواره کاهش یافت و سیالیت 15٪ افزایش یافت. استحکام کششی تغییر چندانی نکرد، اما عمر خستگی چرخه بالا 20٪ افزایش یافت. این به این دلیل است که پودر بازیافتی به طور یکنواخت تر اعمال شده و عیوب محلی برطرف شده است. اما اگر پودر بسیار اکسید شده باشد (مانند پودر Ti6Al4V)، یک لایه اکسید سخت و شکننده تشکیل می شود. سپس این لایه بهترین راه برای گسترش ترک ها خواهد بود.
2. قابلیت اطمینان کمتر: این یک مشکل رایج در الکترونیک و علوم زیست پزشکی است.
در تولید الکترونیکی، خطرات باقی مانده پودر مانند یک "بمب ساعتی" است. بررسی یک مشکل در تجهیزات الکترونیکی هواپیما نشان داد که ذرات گرد و غبار 0.3 میکرومتری روی سطح یک مدار مجتمع با فاصله شیارهای 0.5 میکرومتر نشسته است که منجر به خطاهای سوراخ سوزنی و خرابی ابزار پس از 2000 ساعت کار می شود. پودر تالک باقی مانده (ذرات 1-10 میکرومتر) در قسمت بیرونی دستکش های پزشکی نیز می تواند حامل باکتری یا پروتئین لاتکس باشد که می تواند باعث آلرژی شود. تحقیقات بالینی نشان می دهد که استفاده از دستکش های حاوی 0.5 میلی گرم در گرم پودر تالک، خطر واکنش های آلرژیک را در بین پرسنل پزشکی از 2٪ به 15٪ افزایش می دهد که موارد شدید به طور بالقوه منجر به شوک آنافیلاکتیک می شود.
3. تداخل فرآیند: تأثیر بستر پودر بر روی مولد نیتروژن در سطح سیستم
باقیمانده پودر همچنین می تواند با ایجاد مانع در روند تولید، عملکرد قطعات را مختل کند. هنگام تراشکاری یا آسیاب سرامیک، گرد و غبار اکسید آلومینیوم (سختی HV2000) که به سیستم ریل راهنما اضافه می شود، سطح ریل راهنما را مانند کاغذ سنباده خراش می دهد. این باعث افزایش زبری Ra از 0.2 میکرومتر به 1.0 میکرومتر می شود که دقت پردازش را 50٪ کاهش می دهد. پس از پودر شدن غربال مولکولی کربن در ژنراتور نیتروژن، پودر کانال جریان برج جذب را نیز مسدود می کند. این امر خلوص نیتروژن را از 99.99٪ به 95٪ کاهش می دهد که برای ساخت تراشه های الکترونیکی کافی نیست. این امر باعث افزایش 30 درصدی نرخ ضایعات محصولات می شود.
3، استراتژی کنترل و مرزهای فناوری: از پاکسازی غیرفعال تا پیشگیری فعال
1. بهینه سازی فرآیند: کاهش منبع تولید باقی مانده
طراحی استراتژی اسکن: استفاده از جهت اسکن درجه S-45 یا S-180 درجه در فرآیند LPBF می تواند رسوب پاشش و مقدار بستر پودر باقیمانده را تا 40 درصد کاهش دهد.
پودر مدیریت: برای جلوگیری از جمع شدن پودر به دلیل داشتن پودر بسیار ریز (<20 μ m), you can use screening (such a 150 μ m sieve) and air flow classification to control the size of the particles. For instance, one airline cut the amount of 3D printed powder from 15% to 8%, and the parts' porosity went down from 0.8% to 0.2%.
کنترل محیطی: تمیز نگه داشتن کارگاه الکترونیکی مطابق با استانداردهای ISO کلاس 5 (کلاس 100) می تواند میزان آلودگی های باقیمانده روی سطح PCBA را تا 90٪ و میزان خرابی را تا 75٪ کاهش دهد.
2. فن آوری تمیز کردن کارآمد: از انجام آن با دست تا استفاده از ماشین آلات
روش تمیز کردن ایمن در برابر انفجار: سیستم افزودنی Tuobo سری TCB به گونه ای طراحی شده است که به طور خودکار داخل قطعات کار پرینت سه بعدی بزرگ را تمیز می کند و در عین حال از آنها در برابر گاز بی اثر محافظت می کند. نرخ بازیابی پودر 98٪ دارد و زمان کار دستی را 90٪ کاهش می دهد.
دستگاه قهوه ای که در سال 2025 تولید شد دارای این فناوری بود که از ارتعاشات با فرکانس بالا برای حذف اتصالات لوله استفاده می کند و میزان پودر قهوه باقی مانده در دستگاه را از 3٪ به 0.5٪ کاهش می دهد.
تشخیص سطح نانو: مورفولوژی باقیمانده پودر با استفاده از روش پراش لیزری (با دقت 0.1 میکرومتر) یا میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) تجزیه و تحلیل می‌شود. این امکان پشتیبانی از داده ها را برای بهینه سازی فرآیند فراهم می کند.
3. مواد جدید: کاهش حساسیت باقیمانده
پودرهای طراحی با باقیمانده کم: پودرهایی درست کنید که بسیار کروی هستند و به خوبی روان می شوند (مانند پودر فولاد ضد زنگ 316 لیتری اتمیزه شده با گاز، فلومتر هال که جریان پذیری 25 ثانیه در 50 گرم را ارزیابی می کند) تا هنگام پخش پودر، پاشش را کاهش دهید.
پوشش زیست تخریب پذیر: الیاف نیشکر برای پوشش دستکش های پزشکی استفاده می شود. این فیبر می تواند در آب متورم شود، که می تواند نشت باقی مانده پودر را تا 20٪ کاهش دهد و خطر ابتلا به آلرژی را کاهش دهد.
استخراج فشار دینامیکی: در تهیه قهوه کپسولی، از تنظیم فشار قطعه‌ای برای بهبود جریان آب استفاده می‌شود که میزان پودر ریز موجود در قهوه را تا 15 درصد کاهش می‌دهد.