پشتیبانی باقیمانده چه تاثیری بر قطعات فلزی پرینت سه بعدی خواهد داشت؟

一، خطر احتمالی پشتیبانی باقی مانده برای کیفیت مکانیکی قطعات
1. تمرکز تنش پسماند و خطر ترک خوردگی
هنگامی که فلز به صورت سه بعدی پرینت می شود، تنش های پسماند به راحتی در اتصال بین چارچوب نگهدارنده و قطعات ایجاد می شود. این به این دلیل است که ضرایب انبساط حرارتی متفاوت است. اگر تکیه گاه باقیمانده به طور کامل از بین نرود، محلی که تنش در آن متمرکز می شود ممکن است جایی باشد که ترک شروع می شود. به عنوان مثال، اگر هنگام چاپ تیغه های موتور هواپیما، تکیه گاه باقیمانده حذف نشود، می تواند باعث ایجاد استرس در نوک تیغه شود. این می تواند منجر به ترک های خستگی شود و عمر قطعات را در تنظیمات سرویس با دمای بالا محدود کند. تحقیقات دانشگاه Xi'an Jiaotong نشان می دهد که وقتی قطعات آلیاژ تیتانیوم با تنش پسماند تصفیه نشده پشتیبانی می شوند، سطح تنش پسماند آنها 30٪ تا 50٪ بیشتر از آنچه باید باشد است، که باعث می شود مقاومت آنها در برابر خستگی بسیار کمتر شود.
2. مواد به هم ریخته
تکیه گاه باقیمانده می تواند نحوه ساختار مواد را در قطعه تغییر دهد. در فرآیند ذوب انتخابی لیزری (SLM)، اتصال بین تکیه گاه و قطعه ممکن است به دلیل چرخه های دمایی مکرر، دانه های درشت یا ساختارهای فاز ناپایدار ایجاد کند. محققان دانشگاه بی هانگ از پراش الکترونی پس پراکنده (EBSD) استفاده کردند تا متوجه شوند که اندازه دانه ای که ناحیه باقیمانده را پشتیبانی می کند 2 تا 3 برابر بزرگتر از زیرلایه است. این باعث می شود که ماده 15 تا 20 درصد سختی کمتری داشته باشد و بر مقاومت سایش آن تأثیر بگذارد.
3. انحراف در دقت هندسی
پشتیبانی باقی مانده می تواند اندازه خود قطعه را تغییر دهد. اگر ساپورت باقیمانده در ایمپلنت‌های پزشکی دقیق مانند فنجان‌های استابولوم، برآمدگی سطحی 0.1 میلی‌متری ایجاد کند، می‌تواند باعث تحریک بافتی در بدن پس از کاشت شود. یک مثال واقعی از یک کسب‌وکار نشان می‌دهد که پشتیبانی باقی‌مانده انحراف ابعاد شعاعی 0.08 میلی‌متر را در مدل خاصی از دیسک توربین ایجاد می‌کند که خارج از محدوده قابل قبول بوده و باعث از کار افتادن کل مجموعه دستگاه می‌شود.
2، پشتیبانی باقی مانده تأثیر بدی بر کیفیت سطح دارد.
1. زبری سطح بدتر می شود
فرز و صیقل کاغذ سنباده دو تکیه گاه مکانیکی متداول هستند که می توانند خش بر روی سطح اقلام ایجاد کنند. به عنوان مثال، براکت‌های آلیاژ کروم کبالت می‌توانند پس از صیقل دادن دستی با کاغذ سنباده، دارای مقدار Ra زبری سطح 3.2 میکرومتر باشند. با این حال، این مقدار را می توان با استفاده از پرداخت الکتروشیمیایی به 0.2 میکرومتر کاهش داد. یک تجارت تجهیزات پزشکی می‌گوید که عیوب سطحی که توسط پشتیبانی باقی‌مانده ایجاد می‌شود، احتمال نیاز به کار مجدد محصولات را 40 درصد بیشتر کرده و هزینه‌های تولید را افزایش داده است.
2. خطر آلودگی شیمیایی
اگر غلظت محلول را به درستی در حین حکاکی شیمیایی برای از بین بردن پشتیبانی کنترل نکنید، ممکن است با خوردگی یا حفره یکنواخت مواجه شوید. هنگامی که قطعات آلیاژ آلومینیوم برای مدت طولانی در محلول اچینگ اسیدی باقی می مانند، حفره های خوردگی روی سطح ایجاد می کنند که عرض آنها 0.5 تا 2 میلی متر است. این باعث می شود مقاومت کمتری در برابر خوردگی داشته باشند. یک شرکت خاص که قطعات خودرو را تولید می کند بیش از یک میلیون یوان را در زیان اقتصادی مستقیم از دست داد، زیرا پشتیبانی باقیمانده باعث خورده شدن بسیاری از قطعات در سطح شد.
3. مشکلات در منطقه تحت تاثیر گرما (HAZ)
هنگامی که برش لیزری پشتیبانی می شود، دمای بالا می تواند لایه هایی از ذوب مجدد سطح را ایجاد کند. پس از برش لیزری، ضخامت لایه ذوب مجدد قطعات آلیاژی با دمای بالا Inconel 718 می‌تواند به 50 تا 100 میکرومتر برسد. این باعث می شود قطعات 10٪ تا 15٪ سختی کمتری داشته باشند و بر استحکام آنها در دماهای بالا تأثیر بگذارند. با تنظیم دقیق-تنظیمات لیزر (عرض پالس<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، محدودیت هایی که پشتیبانی باقیمانده بر کارایی و هزینه در پردازش ایجاد می کند
1. قیمت زمان پردازش پست{1}} از سقف گذشته است
ممکن است 30٪ تا 50٪ از کل چرخه تولید پردازش قطعات ساختاری پیچیده بدون هیچ کمکی طول بکشد. به عنوان مثال، پوسته محفظه احتراق یک موتور هواپیمای خاص دارای ساختار پشتیبانی داخلی پیچیده ای است که 120 ساعت طول می کشد تا با دست بلند شود. اما زمانی که از مواد ساپورت محلول استفاده می کنید، زمان حل شدن به 8 ساعت در هر قطعه کاهش می یابد و راندمان 15 برابر افزایش می یابد.
2. اتلاف مواد و مشکل در بازیافت
مقدار زیادی پودر فلز توسط ساختار نگهدارنده مصرف می شود. به عنوان مثال، با فناوری SLM، مقدار مواد پشتیبان می تواند 20٪ تا 30٪ از مقدار کلی استفاده شده را تشکیل دهد. اگر ساپورت باقیمانده پودر را آلوده کند (به عنوان مثال، اگر پودر آلیاژ تیتانیوم با ساپورت فولاد ضد زنگ مخلوط شود)، هزینه بازیافت 50٪ تا 100٪ افزایش می یابد. لیزر لیمینگ با بهبود طراحی ساپورت، مقدار مواد پشتیبانی مورد استفاده برای یک مدل از قطعات را تا 40 درصد کاهش داده است. این باعث صرفه جویی بیش از 2 میلیون یوان در سال در هزینه های پودر می شود.
3. هزینه های فرسودگی تجهیزات و نگهداری
جایگزینی ابزارهای پشتیبانی مکانیکی (مانند چرخ های سنگ زنی و فرز) اغلب هزینه های نگهداری تجهیزات را افزایش می دهد. یک شرکت تولید قالب خاص می گوید که سایش ابزار ناشی از پشتیبانی باقیمانده، هزینه های نگهداری سالانه را تا 300000 یوان افزایش داده است و تعمیر و نگهداری در زمان توقف ظرفیت تولید را تا 15 درصد کاهش داده است.
4، استراتژی های سیستماتیک برای کمک به مشکلات باقی مانده
1. بهینه سازی طراحی ساختار پشتیبان
بهینه سازی توپولوژی: از نرم افزارهای شبیه سازی مانند مجیکس برای ایجاد خودکار ساختارهای پشتیبانی سبک استفاده کنید که سطح تماس را کاهش می دهد. یک کسب‌وکار پس از تغییر به طراحی درختی{1}}مانند پشتیبانی، تعداد مواد پشتیبانی خود را تا 60% کاهش داد و مدت زمان مورد نیاز برای پشتیبانی را تا 75% کاهش داد.
مواد قابل حل: از{0}}تکیه‌های محلول در آب مانند پلی وینیل الکل (PVA) برای حل کردن و حذف ساختارهای پیچیده حفره داخلی استفاده می‌شود تا در تماس با یکدیگر قرار نگیرند. مواد پشتیبانی PVA ​​برای تجهیزات EOS M290 به طور موثر برای ساخت قطعات هواپیما استفاده شده است.
2. فناوری برای پشتیبانی بدون تماس
پشتیبانی با اولتراسوند: استفاده از لرزش با فرکانس بالا (20 تا 40 کیلوهرتز) برای شکستن ساختار پشتیبانی که برای قطعات دقیق خوب است. سیستم آسیاب سونیک می تواند با تکیه گاه هایی که قطر آنها کمتر از 0.5 میلی متر است و زبری سطح آنها کمتر از 0.4 میکرومتر است کار کند.
حکاکی پلاسما: استفاده از پلاسما با دمای پایین{0} (ترکیبی از گازهای Ar و O2) برای حذف انتخابی تکیه گاه بدون ایجاد پیامدهای حرارتی. محلول پولیش مغناطیسی Magnalux برای پشتیبانی از براکت های آلیاژ کروم کبالت استفاده شده است و کیفیت سطح مطابق با نیازهای پزشکی است.
3. تنظیم هوشمند پارامترهای پردازش
برش با استرس کم: برش سیم (WEDM) از تنظیماتی با عرض پالس کمتر از 10 میکروثانیه و حداکثر جریان کمتر از 5 آمپر برای کاهش گرمای ورودی استفاده می کند. با بهینه سازی پارامترها، یک شرکت خاص توانست ضخامت لایه ذوب مجدد قطعات آلیاژ تیتانیوم را پس از برش تا 15 میکرومتر مدیریت کند.
فرز لایه ای: برای گسترش نیروهای برش، یک تکنیک فرز لایه ای با عمق برش کوچک (<0.2mm) and a high feed rate (>500mm/min) برای سیستم های پشتیبانی ضخیم استفاده می شود. به این صورت است که مرکز ماشینکاری پنج محور DMG MORI اعوجاج برداشتن تکیه گاه را در 0.02 میلی متر کنترل می کند.
4. حفاظت و تعمیر پس از پردازش
تعمیر با روکش لیزری: برای خراش های میکرو که پس از برداشتن ساپورت ایجاد می شود، از همان ماده برای تعمیر روکش لیزری استفاده می شود. لایه روکش 10 تا 50 میکرومتر ضخامت دارد و دارای استحکام پیوند بیش از 400 مگاپاسکال است. این فناوری توسط یک سازنده خاص قطعات هوانوردی استفاده شده است تا سختی سطح قطعات را به بیش از 95٪ از ارزش طراحی برگرداند.
پولیش الکتروشیمیایی: با استفاده از یک الکترولیت (مانند مخلوطی از اسید فسفریک و اسید سولفوریک) برای حل انتخابی برجستگی های سطحی برای به دست آوردن یک سطح صاف. پس از پرداخت الکتروشیمیایی، زبری سطح قطعات آلیاژ تیتانیوم ممکن است از 3.2 میکرومتر به 0.2 میکرومتر کاهش یابد و مقاومت آنها در برابر خوردگی تا سه برابر افزایش یابد.