Il supporto alla progettazione influirà sui costi di post-elaborazione?

1. Idee di base che supportano il rapporto tra design e costo
La progettazione del supporto per la stampa 3D in metallo deve trovare un compromesso tra “stampaggio stabile” ed “efficienza in termini di costi”. Le idee principali alla base sono direttamente legate alle spese di post-elaborazione:
L'idea alla base della limitazione dell'area di contatto
Esistono tre tipi di contatto tra il supporto e le parti: contatto superficiale, contatto lineare e contatto puntuale. Il contatto superficiale può rendere le cose più stabili, ma rende la post-elaborazione molto più difficile. Ad esempio, le staffe aeronautiche in lega di titanio con design a contatto superficiale hanno un'area di supporto residua di 12 cm², che richiede 5 ore di lucidatura manuale per soddisfare il requisito di ruvidità superficiale di Ra1,6 μm. Con un design a contatto puntuale, l'area residua è di soli 2,3 cm² e il tempo di lucidatura meccanica è di soli 40 minuti. Il lavoro di Suzhou Tianhong Laser dimostra che per ogni diminuzione di 1 cm² dell'area di contatto, il tempo necessario per la post-elaborazione può essere ridotto dal 15% al ​​20%.
Controllo esatto dell'angolo critico
vari processi hanno vari angoli di sospensione critici: il processo SLM normalmente necessita di supporto per strutture che pendono a meno di 30 gradi, mentre il processo EBM può allentare l'angolo critico a 35 gradi perché si scioglie ad alte temperature. Il metodo di scansione adattiva di Leiming Laser ha reso possibile stampare strutture sospese senza supporto ad angoli piccolissimi da 5 gradi a 35 gradi modificando al volo la densità di potenza del laser. Ciò ha ridotto il numero di materiali di supporto necessari del 78% e il costo della post-elaborazione del 65%.
L'idea di risparmiare materiali
Il prezzo della polvere metallica può arrivare fino a migliaia di yuan al chilogrammo e lo spreco di materiali di supporto aumenta immediatamente i prezzi. Utilizzando la lega a base di nichel Inconel 718-come esempio, la progettazione di supporto standard porta a un tasso di spreco fino al 18%, mentre la struttura di supporto ad albero-creata dall'ottimizzazione della topologia può mantenere il tasso di spreco al di sotto del 5%. Un esempio di parte di un motore aeronautico illustra che il design migliorato del supporto riduce il costo di un singolo pezzo di materiale da 2.300 yuan a 850 yuan, con un calo del 63%.
2. Elementi chiave che supportano i costi di post-elaborazione-guidati dalla progettazione
Sostenere il rischio di lesioni fisiche durature
I difetti dei tessuti possono verificarsi quando il supporto e l'interfaccia del componente presentano livelli diversi di stress termico. Quando si stampa con acciaio inossidabile 316L, possono formarsi cristalli colonnari grossolani nel punto in cui il supporto della griglia incontra il solido. Ciò rende l'area più morbida dal 15% al ​​20% e riduce la durata a fatica del 40%. Per eliminare questi pericoli nascosti, la procedura di trattamento termico deve essere più lunga, il che significa che il costo della post-lavorazione per un pezzo aumenterà da 120 a 180 yuan.
Il problema di rendere accessibili complessi supporti strutturali
Il disco della turbina del motore aeronautico ha un diametro del canale interno di soli 2 mm. Il design del supporto standard provoca una distorsione della sezione del canale superiore all'8%, che deve essere corretta mediante dissoluzione elettrochimica. Questa tecnica richiede che una soluzione di acido nitrico al 41% in peso venga trattata a 80 gradi per 6 ore. Il costo di un agente è di 350 yuan e esiste la possibilità di uniformità della corrosione.
La spesa nascosta di dover fare le cose a mano
I dati della linea di produzione automatizzata BMW IDAM mostrano che è ancora necessario l'intervento manuale per facilitare il processo di rimozione, che richiede il 35% delle ore totali di post-elaborazione. Il costo della manodopera ammonta a 2,8 milioni di yuan all’anno per una linea di produzione che produce 10.000 pezzi all’anno. Il sistema robotico NetShape di Rivelin Robotics utilizza il controllo del feedback di forza per raggiungere una precisione della forza di contatto di livello 0,1N. Ciò riduce la necessità di interventi manuali a meno del 5% e consente di risparmiare più di 2 milioni di yuan all’anno.
3. Strategie all'avanguardia che aiutano nell'ottimizzazione della progettazione
Struttura che può reggersi da sola grazie al design generativo
Con l'aiuto di tecniche di apprendimento automatico, il software Autodesk Netfabb può costruire automaticamente strutture di supporto reticolare biomimetico. Questo metodo ha ridotto il peso della staffa satellitare dell'85% ed ha eliminato la necessità del supporto tradizionale. Ha inoltre modificato la procedura di post-lavorazione, passando dalla lavorazione meccanica al semplice trattamento termico, e ha ridotto il costo di un singolo pezzo di 1.200 yuan.
Lavorare insieme per elaborare nuove idee per sistemi multi-materiali
La tecnologia di supporto bimetallico di Belgian Materialise sfrutta il fatto che l'Inconel 718 e il ferro puro si ossidano a velocità diverse a 800 gradi per staccarsi automaticamente dal supporto. Questo metodo riduce la quantità di supporto rimasto a meno di 0,01 mm, riduce il tempo necessario per la post-elaborazione da 48 ore a 8 ore e consente di risparmiare 650 yuan per pezzo.
Controllo ad anello chiuso del tracciamento del processo
Le-telecamere ad alta velocità e i sensori a infrarossi del sistema Siemens Process Sight tengono d'occhio la forma della pozza di fusione in tempo reale. Quando esiste la possibilità che il supporto non sia sufficiente, le impostazioni del laser vengono modificate automaticamente o viene creato un supporto aggiuntivo. Quando si stampa una parte complicata del canale di flusso, la tecnologia ha ridotto il tasso di difetti dovuti al supporto dal 18% allo 0,3%, risparmiando più di 500.000 yuan all'anno in spese di rilavorazione.