Quali sono i modi comuni per supportare la stampa 3D in metallo?

一, Supporto meccanico tradizionale: trovare un equilibrio tra danno ed efficienza
1. Smontare gli utensili manualmente: facile ma pericoloso
Per gli elementi geometrici elementari si utilizzano ancora prevalentemente strumenti manuali come pinze e pinzette. Ad esempio, durante la stampa di una girante in lega di titanio, l'operatore deve staccarla lentamente lungo la linea in cui si incontrano il supporto e le sezioni. Tuttavia, questo processo presenta alcuni grossi problemi:
Concentrazione dello stress nel punto di contatto: gli strumenti possono facilmente causare deformazioni o addirittura rotture nelle costruzioni a pareti sottili-o a sbalzo quando vengono sollecitate. In una situazione riguardante un iniettore di carburante di un motore aeronautico, la rimozione manuale del supporto ha causato microfessure in un'area con uno spessore di parete di 0,3 mm e il tasso di scarto finale è stato del 15%.
Danni alla superficie: Dopo la fusione ad alte temperature, la polvere metallica aderisce saldamente al supporto. Il peeling forzato in genere lascia graffi o buchi. Quando si rimuove il supporto manuale per impianti medici, la rugosità superficiale (valore Ra) è generalmente superiore a 10 μm, che è molto superiore al requisito clinico di 2 μm.
2. Lavorazione CNC: l'equilibrio tra precisione e costo
La fresatura CNC è ora il modo migliore per realizzare parti di alta-precisione. Un centro di lavoro con collegamento a cinque-assi di EOS, un'azienda tedesca, può rimuovere il supporto residuo fino a un livello di 0,01 mm. Ma ci sono due grossi problemi con questa tecnologia:
Spreco di materiale: per risparmiare tempo di lavorazione, è necessario utilizzare più materiali durante la progettazione della parte. Ciò significa che viene utilizzato solo dal 20% al 30% della polvere.
Soglia per le attrezzature: le macchine utensili CNC di fascia alta-costano più di un milione di dollari, una somma eccessiva da pagare per le piccole e medie imprese-. Ciò rende più difficile che la tecnologia diventi più ampiamente utilizzata.
3. Pulizia mediante vibrazione e flusso d'aria: l'ultima linea di difesa per strutture complicate
Per i luoghi difficili da raggiungere per le macchine, come canali di flusso interni o fori trasversali, la pulizia con polvere richiede una combinazione di vibrazioni e flusso d'aria ad alta-pressione. Il sistema TCB-100 di Zhejiang Tuobo può eliminare oltre il 95% della polvere rimanente utilizzando la vibrazione con rotazione tridimensionale a 360 gradi e aria compressa da 0,6 MPa. Ma questa strategia rende più difficile la progettazione delle strutture di supporto:
Limitazione dell'apertura: se il diametro del canale di flusso è inferiore a 2 mm, è probabile che la polvere rimanga unita a causa dell'azione capillare. Per pulirlo è necessaria la pulizia a polvere ad ultrasuoni.
Problema con il consumo energetico: la tavola vibrante funziona per 8 ore consecutive e utilizza 15 kWh di elettricità, il che aumenta i costi di produzione.
2. Tecnica di stampa non supportata: eliminazione dei problemi con la post-elaborazione dall'origine
1. Ottimizzazione dei parametri di processo: controllo esatto dell'energia immessa
Velo3D è stato in grado di stampare minuscole strutture angolari con angoli compresi tra 5 gradi e 35 gradi senza supporto, modificando al volo la potenza del laser e la dimensione dello spot. L'idea principale è:
Gestione dell'apporto di calore: per evitare che la vasca di fusione diventi troppo calda e collassi, abbassare la densità di potenza nella regione sospesa a 80 W/mm² (il processo normale è 120 W/mm²).
Nuovo modo di disperdere la polvere: lo spessore dello strato di polvere può essere regolato entro ± 5 μm spruzzando la polvere attraverso un imbuto anteriore e recuperandola tramite un dispositivo di aspirazione posteriore. In questo modo si riduce la richiesta di sostegno.
2. Un sistema di feedback in tempo reale-: la fine del controllo a ciclo chiuso-
La tecnologia Smart Fusion di EOS utilizza telecamere per tomografia ottica (OT) per tenere d'occhio la temperatura del pool di fusione e algoritmi AI per modificare le impostazioni al volo. La tecnologia riduce il supporto del 70% e lo stress residuo del 40% nella stampa dell'antenna parabolica. La svolta tecnologica è:
Equilibrio del campo termico multi-strato: assicurati che ogni strato riceva la stessa quantità di calore modellando i campi di temperatura previsti. Ciò eviterà che gli strati si pieghino a causa del surriscaldamento locale.
Libreria di parametri adattivi: per ottenere subito la stampa non supportata, impostare pacchetti di processi separati per ciascun materiale (come Inconel 718 o Ti6Al4V).
3, Supporto elettrochimico: una nuova svolta nello studio dei materiali
1. Il principio dell'anodo sacrificale: controllare la corrosione in modo selezionato
Il metodo di incisione elettrochimica suggerito dall'Arizona State University separa il supporto e i componenti procedendo come segue:
Guida con una differenza di potenziale: una batteria primaria è realizzata in una soluzione di acido nitrico utilizzando acciaio al carbonio (E grado =-0.44V) come supporto e acciaio inossidabile 304 (E grado =-0.18V) come parte. L'acciaio al carbonio viene prima ossidato.
L'ossigeno accelera la reazione: quando si aggiunge ossigeno in bolle, la velocità di corrosione aumenta di 6 volte e il supporto in acciaio al carbonio spesso 7 mm può essere completamente sciolto in 6 ore senza danneggiare la superficie dell'acciaio inossidabile.
2. Il processo Hirtisation: un grande passo avanti nella pulizia automatizzata delle polveri
Con il trattamento elettrochimico a tre-stadi, l'attrezzatura H3000 di RENA Technologies fornisce un supporto completamente automatico.
Fase di lucidatura grossolana: utilizzando impulsi elettrochimici e fluidodinamica, la ruvidità iniziale viene ridotta da Ra100 μm a Ra10 μm e il 99% dei residui di polvere viene rimosso.
Fase di lucidatura fine: la tecnologia per la rimozione chimica assistita da particelle-riduce la ruvidità a Ra2 μ m, un livello accettabile per l'aviazione.
Fase di lucidatura ultra{0}}precisa opzionale: può creare un effetto specchio con Ra0,5 μ m per usi di fascia alta-come i componenti ottici.
Nel settore medico, questa procedura ha funzionato molto bene. Ad esempio, la lucidatura meccanica standard richiede 4 ore e lascia graffi, mentre il processo Hirtisation richiede solo 45 minuti e rende la rugosità superficiale tre volte migliore uniforme.
4, Matrice di selezione della tecnologia: una guida per prendere decisioni basate su scenari
Tipo di tecnologia, situazioni in cui può essere utilizzata, pro e contro
Strumenti manuali per smontare forme semplici, componenti che non necessitano di essere molto precisi, parti economiche, parti facili da usare, parti che potrebbero rompersi e parti che non sono molto efficienti
Le macchine utensili CNC sono molto precise per la fresatura di pezzi dalla superficie complicata, con una precisione di ± 0,01 mm. Ciò rende l’attrezzatura molto costosa e spreca molti materiali.
La polvere detergente a vibrazione ha un canale di flusso interno e una struttura a foro incrociato che non tocca nulla. Ha anche un limite di apertura automatico e consuma molta energia.
Stampa senza supporto con una sporgenza angolare minima, nessuna post-elaborazione nella produzione di massa, un elevato consumo di materiale, un'elevata soglia delle apparecchiature e un difficile debug dei parametri
Incisione elettrochimica di materiali misti, parti di precisione non-distruttive, molta automazione, gestione chimica complicata e molti soldi con cui iniziare