Che impatto avrà il supporto residuo sulle parti metalliche stampate in 3D?

一, Possibile pericolo di supporto residuo alle qualità meccaniche delle parti
1. Concentrazione delle tensioni residue e rischio di fessurazione
Quando il metallo viene stampato in 3D, si possono facilmente creare tensioni residue nella connessione tra la struttura di supporto e le parti. Questo perché i coefficienti di dilatazione termica sono diversi. Se il supporto residuo non viene completamente eliminato, il punto in cui è concentrata la tensione potrebbe essere il punto in cui inizia la fessura. Ad esempio, se il supporto residuo non viene rimosso durante la stampa delle pale dei motori aeronautici, potrebbe verificarsi un accumulo di stress sulla punta della pala. Ciò potrebbe causare cricche da fatica e limitare la durata delle parti in ambienti di servizio ad alta-temperatura. La ricerca dell'Università di Xi'an Jiaotong dimostra che quando le parti in lega di titanio sono supportate con stress residuo non trattato, il loro livello di stress residuo è dal 30% al 50% maggiore di quanto dovrebbe essere, il che le rende molto meno resistenti alla fatica.
2. Materiali disorganizzati
Il supporto residuo potrebbe modificare il modo in cui il materiale è strutturato nel componente. Nel processo di fusione selettiva laser (SLM), la connessione tra il supporto e la parte potrebbe generare grani grossolani o strutture di fase metastabili a causa di ripetuti cicli di temperatura. I ricercatori dell'Università di Beihang hanno utilizzato la diffrazione di retrodiffusione degli elettroni (EBSD) per scoprire che la dimensione dei grani che supporta l'area residua è da 2 a 3 volte più grande di quella del substrato. Ciò rende il materiale dal 15% al ​​20% meno duro e ne influenza la resistenza all'usura.
3. Deviazione nella precisione geometrica
Il supporto residuo può modificare la dimensione della parte stessa. Se il supporto residuo genera una sporgenza superficiale di 0,1 mm negli impianti medici di precisione come le coppe acetabolari, potrebbe indurre un'irritazione dei tessuti nel corpo dopo l'impianto. Un-esempio reale tratto da un'azienda illustra che il supporto residuo ha prodotto una deviazione della dimensione radiale di 0,08 mm in un determinato modello di disco della turbina, che era al di fuori dell'intervallo accettabile e ha causato il guasto dell'intero gruppo della macchina.
2, Il supporto residuo ha un effetto negativo sulla qualità della superficie.
1. La rugosità della superficie peggiora
La fresatura e la lucidatura con carta vetrata sono due supporti meccanici comuni che possono lasciare graffi sulla superficie degli oggetti. Ad esempio, i supporti in lega di cobalto-cromo possono avere un valore Ra di ruvidità superficiale di 3,2 μm dopo essere stati lucidati a mano con carta vetrata. Tuttavia, questo valore può essere abbassato a 0,2 μm utilizzando la lucidatura elettrochimica. Un'azienda di dispositivi medici afferma che le imperfezioni superficiali prodotte dal supporto residuo hanno aumentato del 40% la probabilità che i prodotti debbano essere rilavorati e hanno aumentato le spese di produzione.
2. Rischio di inquinamento chimico
Se non si controlla correttamente la concentrazione della soluzione durante l'incisione chimica per eliminare il supporto, si potrebbe riscontrare una corrosione o vaiolatura uniforme. Quando le parti in lega di alluminio vengono lasciate in una soluzione di incisione acida per troppo tempo, svilupperanno cavità di corrosione sulla superficie larghe da 0,5 a 2 mm. Questo li rende meno resistenti alla corrosione. Una certa azienda che produce parti di automobili ha perso più di un milione di yuan in perdite economiche dirette perché il supporto residuo ha portato molte parti a corrodersi in superficie.
3. Problemi nella zona termicamente influenzata (HAZ)
Durante il taglio laser dei supporti, le alte temperature possono produrre strati di rifusione superficiale. Dopo il taglio laser, lo spessore dello strato rifuso delle parti in lega ad alta temperatura Inconel 718- può raggiungere 50–100 μm. Ciò rende le parti del 10%–15% meno dure e ne influenza la resistenza alle alte temperature. Mettendo a punto-le impostazioni del laser (larghezza dell'impulso<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. I limiti che il supporto residuo pone all'efficienza e al costo del trattamento
1. Il prezzo del tempo di post-elaborazione è salito alle stelle
Per elaborare pezzi strutturali complessi senza alcun aiuto può essere necessario dal 30% al 50% dell'intero ciclo produttivo. Ad esempio, l’involucro della camera di combustione di un certo motore di aereo ha una complicata struttura di supporto interno che impiega 120 ore per decollare manualmente. Ma quando si utilizzano materiali di supporto solubili, il tempo necessario per la dissoluzione si riduce a 8 ore per pezzo e l’efficienza aumenta di 15 volte.
2. Spreco di materiali e difficoltà nel riciclaggio
La struttura portante consuma molta polvere metallica. Ad esempio, con la tecnologia SLM, la quantità di materiali di supporto può rappresentare dal 20% al 30% della quantità complessiva utilizzata. Se il supporto residuo contamina la polvere (ad esempio, se la polvere di lega di titanio viene mescolata al supporto di acciaio inossidabile), il costo del riciclaggio aumenterà dal 50% al 100%. Leiming Laser ha ridotto del 40% la quantità di materiale di supporto utilizzato per un modello di componente migliorando la progettazione del supporto. Ciò fa risparmiare all'azienda più di 2 milioni di yuan all'anno in spese per la polvere.
3. Costi di usura delle attrezzature e di manutenzione
La sostituzione degli strumenti di supporto meccanico (come mole e frese) spesso aumenta i costi di manutenzione delle attrezzature. Una specifica azienda produttrice di stampi afferma che l'usura degli utensili causata dal supporto residuo ha aumentato i costi di manutenzione annuali di 300.000 yuan e che la manutenzione dovuta ai tempi di inattività ha ridotto la capacità produttiva del 15%.
4, Strategie sistematiche per aiutare con i problemi rimanenti
1. Ottimizzazione del design della struttura portante
Ottimizzazione della topologia: utilizza software di simulazione come Magics per creare automaticamente strutture di supporto leggere che ridurranno l'area di contatto. Dopo essere passata a una progettazione del supporto ad albero-, un'azienda ha ridotto del 60% il numero di materiali di supporto utilizzati e del 75% il tempo necessario per il supporto.
Materiale che può essere sciolto: supporti idrosolubili-come l'alcol polivinilico (PVA) vengono utilizzati per dissolvere e rimuovere complesse costruzioni di cavità interne in modo che non entrino in contatto tra loro. Il materiale di supporto PVA per l'attrezzatura EOS M290 è stato utilizzato efficacemente per realizzare parti di aeroplani.
2. Tecnologia per il supporto senza contatto
Supporto con ultrasuoni: utilizzo di vibrazioni ad alta-frequenza (20–40 kHz) per rompere la struttura di supporto, utile per le parti di precisione. Il sistema Sonic Mill può funzionare con supporti di diametro inferiore a 0,5 mm e con rugosità superficiale inferiore a 0,4 μm.
Incisione al plasma: utilizzo di plasma a bassa-temperatura (una miscela di gas Ar e O2) per rimuovere selettivamente il supporto senza causare conseguenze termiche. La soluzione di lucidatura magnetica di Magnalux è stata utilizzata per supportare gli attacchi in lega di cromo-cobalto e la qualità della superficie è conforme ai requisiti medici.
3. Regolazione intelligente dei parametri di lavorazione
Taglio a bassa sollecitazione: il taglio a filo (WEDM) utilizza impostazioni con un'ampiezza dell'impulso inferiore a 10 μs e una corrente di picco inferiore a 5 A per ridurre l'apporto di calore. Ottimizzando i parametri, un'azienda specifica è stata in grado di gestire lo spessore dello strato rifuso delle parti in lega di titanio dopo il taglio entro 15 μm.
Fresatura a strati: per distribuire le forze di taglio, una tecnica di fresatura a strati con una profondità di taglio ridotta (<0.2mm) and a high feed rate (>500mm/min) viene utilizzato per sistemi di supporto spessi. È così che il centro di lavoro a cinque-assi di DMG MORI controlla la distorsione della rimozione del supporto entro 0,02 mm.
4. Protezione e riparazione dopo la lavorazione
Riparazione con laser cladding: Per i micrograffi che si verificano dopo la rimozione del supporto, lo stesso materiale viene utilizzato per la riparazione con laser cladding. Lo strato di rivestimento ha uno spessore di 10–50 μm e una forza di adesione di oltre 400 MPa. Questa tecnologia è stata utilizzata da un certo produttore di componenti aeronautici per riportare la durezza superficiale dei componenti a oltre il 95% del valore di progetto.
Lucidatura elettrochimica: utilizzo di un elettrolita (una miscela di acido fosforico e acido solforico) per dissolvere selettivamente le irregolarità della superficie e ottenere una finitura liscia. Dopo la lucidatura elettrochimica, la rugosità superficiale Ra delle parti in lega di titanio può essere ridotta da 3,2 μm a 0,2 μm e la loro resistenza alla corrosione può essere aumentata di tre volte.