Kodėl reikia nuimti metalinę 3D spausdinimo atraminę konstrukciją?

1. Pagrindinis atraminių konstrukcijų darbas ir kaip jos keitėsi laikui bėgant
Fizinės kliūtys termodinamikai valdyti
Metalo 3D spausdinimo proceso metu lazerio arba elektronų pluoštai mažose vietose sukuria labai aukštą temperatūrą (virš 2000 laipsnių), todėl medžiaga iš skystos tampa kieta labai greitai. Atraminė konstrukcija šiame procese atlieka du tikslus. Pirma, kaip šilumos laidumo terpė, ji greitai perkelia šilumą iš pakabinamos vietos į pagrindą, o tai neleidžia susidaryti liekamajam įtempimui dėl vietinio perkaitimo. Antra, ribodamas metalo srautą, jis apsaugo išlydytą baseiną nuo griūties dėl gravitacijos. Pavyzdžiui, spausdinant ant titano lydinio sparnuotės, atraminė konstrukcija gali sumažinti šiluminį įtampą 60%, kai pakabos kampas yra mažesnis nei 45 laipsniai. Tai sumažina dalių deformacijos greitį nuo 32% iki mažiau nei 5%.
Neišvengiamas proceso iteracijos rezultatas
Ankstyvosioms metalo 3D spausdinimo mašinoms reikėjo daug atraminių konstrukcijų, nes jos negalėjo labai gerai valdyti energijos tankio. Šiuolaikiniai SLM įrenginiai gali suteikti „prisitaikomą palaikymą“ dinamiškai modifikuodami lazerio galios tankį, nes kuriamos daugialypės -fizikos sujungimo modeliavimo technologijos. Pavyzdžiui, Leiming Laser LiM-X260A įrenginys sėkmingai atspausdino pakabinamas konstrukcijas be jokios paramos mažais 5–35 laipsnių kampais, naudodamas optimizuotus nuskaitymo algoritmus. Tai sumažino reikalingų pagalbinių medžiagų kiekį 78%. Tačiau ši technologija vis tiek naudinga tik tam tikroms medžiagoms ir formoms.
2. Atraminėje konstrukcijoje vis dar yra lemtingų trūkumų
Neregėti medžiagų savybių žudikai
Atraminės konstrukcijos ir spausdinimo korpuso medžiaginė sąsaja labai skiriasi viena nuo kitos savo sandara. Spausdinant su 316L nerūdijančiu plienu, tinklelio atramos ir kietos medžiagos sandūroje gali susidaryti stambūs stulpeliai. Dėl to plotas tampa 15–20 % minkštesnis ir 40 % mažiau patvarus. Atraminių likučių „mažo anodo didelio katodo“ efektas gali sukelti elektrocheminę koroziją, kuri labai kenkia svarbioms dalims, pvz., orlaivių variklių turbinų diskams, nes korozijos greitis padidėja 3–5 kartus.
Žalingas poveikis formų tikslumui
Atraminės konstrukcijos ir komponento paviršiaus sąlyčio taškas sukurs 0,1–0,3 mm storio pereinamąjį sluoksnį. Šis sluoksnis gali turėti paviršiaus defektų, kai jis pašalinamas mechaniškai. Pavyzdžiui, GE Aviation kuro antgalis turi vidinį srauto kanalą, kurio skersmuo yra tik 2 mm. Jei yra likutinė atrama, srauto kanalo dalis gali sulenkti daugiau nei 8%, o tai tiesiogiai veikia kuro purškimo efektą. Net ir naudojant pažangiausius metodus, pvz., elektrocheminį tirpinimą, vietinė korozija 0,05 mm lygyje vis tiek gali įvykti, jei srovės tankis nėra tolygiai paskirstytas.
Silpnoji išlaidų kontrolės vieta
Medžiagos, naudojamos laikančiosios konstrukcijos gamybai, kaina sudaro maždaug 12–18 % visų metalo 3D spausdinimo išlaidų. Aukštos temperatūros lydinių, kurių sudėtyje yra nikelio,{4}} kaina yra daugiau nei 2000 USD už kilogramą, o papildomų medžiagų išmetimas yra per daug darbo. Darbo sąnaudos po apdorojimo{8}} kelia daug daugiau nerimo, nes jos gali siekti 25–30 %. BMW IDAM automatizuotoje gamybos linijoje žmonės vis dar turi padėti pašalinti pašalinimo procesą, kuris tapo pagrindine kliūtimi, neleidžiančia automatizuoti viso proceso.
3. Proveržiai ir problemos, susijusios su technologija, kuri padeda pašalinti
Tiksliojo mechaninio pašalinimo revoliucija
Su tradiciniais mechaniniais procesais, tokiais kaip vielos pjovimas ir frezavimas, yra dvi pagrindinės problemos: pirma, jas sunku pasiekti dėl sudėtingų vidinių ertmių struktūrų, antra, jas sunku valdyti mikrometro lygmeniu. NetShape robotų sistema iš Rivelin Robotics gali reguliuoti kontaktinę jėgą 0,1 N tikslumu, naudodama jėgos grįžtamojo ryšio valdymo algoritmą. Naudojant su 3D vaizdinės padėties nustatymo sistema, ji gali automatiškai rasti ir pašalinti atramos likučius, todėl paviršius tampa lygesnis (nuo Ra6,3 μm iki Ra1,6 μm) ir 10 kartų pagreitėja apdorojimas.
Selektyvus cheminio ėsdinimo proveržis
Arizonos valstijos universiteto sukurta elektrocheminiu būdu palaikoma pašalinimo technologija užtikrina selektyvų tirpimą sukuriant diferencinio potencialo lauką. 304 nerūdijančio plieno / anglies plieno sistemoje 41 masės% azoto rūgšties tirpalo ir deguonies derinys gali visiškai pašalinti 7 mm storio anglinio plieno atramą per 6 valandas. Jis taip pat išlaiko nerūdijančio plieno pagrindo korozijos greitį žemiau 0,002 mm/h. Ši technologija buvo naudojama medicininiams implantams gaminti, todėl atramos pašalinimo laikas sutrumpėja nuo 48 iki 8 valandų.
Išmaniųjų algoritmų naudojimas numatymui, kaip pagerinti dalykus
Belgijos startuolis Materialize gamina programinę įrangą, vadinamą Magics, kuri gali naudoti mašininio mokymosi modelius, kad automatiškai sukurtų geriausias pagalbines struktūras. Sistema mokosi iš 100 000 proceso duomenų rinkinių ir gali numatyti, kaip šiluminis įtempis pasiskirstys skirtingomis formomis. Jis taip pat gali pats pakeisti atramos tankį ir kontaktinį plotą. Kai spausdinama tam tikra lėktuvo struktūros dalis, optimizuotas palaikymo metodas sutrumpina medžiagų sunaudojimą 42 proc., o po{6}}apdorojimo laiką – 65 proc.