Vilka är de vanligaste sätten att stödja 3D-utskrift av metall?

一, Traditionellt mekaniskt stöd: hitta en balans mellan skada och effektivitet
1. Plocka isär verktyg för hand: enkelt men farligt
För elementära geometriska element använder människor fortfarande oftast manuella instrument som tång och pincett. Till exempel, när man trycker på ett impeller av titanlegering, måste operatören långsamt skala av längs linjen där stödet och sektionerna möts. Den här processen har dock några stora problem:
Spänningskoncentration vid kontaktpunkten: Verktyg kan lätt orsaka deformation eller till och med gå sönder i tunna-väggar eller fribärande konstruktioner när de utsätter dem för påfrestningar. I en situation som involverade en bränsleinsprutare för en flygmotor orsakade borttagning av stöd för hand mikrosprickor i ett område med en väggtjocklek på 0,3 mm, och den slutliga skrothastigheten var 15 %.
Skador på ytan: Efter smältning vid höga temperaturer fastnar metallpulver säkert på stödet. Påtvingad peeling lämnar vanligtvis repor eller gropar. När man tar av det manuella stödet för medicinska implantat är ytjämnheten (Ra-värdet) i allmänhet mer än 10 μm, vilket är mycket högre än det kliniska kravet på 2 μm.
2. CNC-bearbetning: balansen mellan noggrannhet och kostnad
CNC-fräsning är nu det bästa sättet att göra detaljer med hög-precision. En fem-axlig länkbearbetningsanläggning från EOS, ett tyskt företag, kan ta bort kvarvarande stöd till en nivå av 0,01 mm. Men det finns två stora problem med denna teknik:
Materialavfall: För att spara bearbetningstid måste fler material användas vid detaljkonstruktionen. Detta innebär att endast 20% till 30% av pulvret används.
Tröskel för utrustning: High-CNC-verktygsmaskiner kostar mer än en miljon dollar, vilket är för mycket för små och medelstora-företag att betala. Detta gör det svårare för tekniken att bli mer utbredd.
3. Rengöring med vibrationer och luftflöde: den sista försvarslinjen för komplicerade strukturer
För platser som är svåra för maskiner att ta sig till, som interna flödeskanaler eller tvärhål, behöver pulverrengöring en kombination av vibrationer och högt-trycksluftflöde. Zhejiang Tuobos TCB-100-system kan bli av med mer än 95 % av överblivet pulver genom att använda 360-graders tredimensionell rotationsvibration och 0,6 MPa tryckluft. Men denna strategi gör utformningen av stödstrukturer svårare:
Bländarbegränsning: Om flödeskanalens diameter är mindre än 2 mm, kommer pulvret sannolikt att hålla ihop på grund av kapillärverkan. För att rengöra den behövs ultraljudspulverrengöring.
Problem med energianvändning: Vibrationsbordet går i 8 timmar i sträck och använder 15kWh el, vilket höjer produktionskostnaden.
2, Utskriftsteknik som inte stöds: att bli av med problem med efter-bearbetning från källan
1. Optimering av processparametrar: exakt kontroll av energitillförseln
Velo3D har kunnat skriva ut små vinkelstrukturer med vinklar mellan 5 grader och 35 grader utan stöd genom att ändra laserkraften och punktstorleken i farten. Huvudtanken är:
Hantera värmetillförsel: För att förhindra att smältbassängen blir för varm och kollapsar, sänk effekttätheten i det hängande området till 80W/mm² (vanlig process är 120W/mm²).
Nytt sätt att sprida pulver: Pulverskiktets tjocklek kan regleras inom ± 5 μm genom att spruta pulver genom en främre tratt och återvinna det med en bakre suganordning. På så sätt minskar efterfrågan på stöd.
2. Ett-feedbacksystem i realtid: slutet på kontroll med sluten-slinga
EOS Smart Fusion-teknik använder kameror med optisk tomografi (OT) för att hålla ett öga på temperaturen i smältbassängen och AI-algoritmer för att ändra inställningar i farten. Tekniken minskar stödet med 70 % och restspänningen med 40 % vid utskrift av parabolantenner. Det tekniska genombrottet är:
Termisk fältjämvikt i flera-lager: Se till att varje lager får samma mängd värme genom att modellera prognostiserade temperaturfält. Detta kommer att förhindra att skikten böjs på grund av lokal överhettning.
Bibliotek med adaptiva parametrar: För att få utskrifter som inte stöds direkt, ställ in separata processpaket för varje material (som Inconel 718 eller Ti6Al4V).
3, Elektrokemiskt stöd: Ett nytt genombrott i studien av material
1. Offeranodprincipen: kontrollera korrosion på ett utvalt sätt
Arizona State Universitys föreslagna elektrokemiska etsningsmetod separerar stöd och komponenter genom att göra följande:
Kör med potentialskillnad: Ett primärbatteri är tillverkat i salpetersyralösning med kolstål (E grad =-0.44V) som stöd och 304 rostfritt stål (E grad =-0.18V) som del. Kolstål oxideras först.
Syre påskyndade reaktionen: När bubbelsyre tillsätts ökar korrosionshastigheten 6 gånger, och det 7 mm tjocka kolstålstödet kan lösas upp helt på 6 timmar utan att skada ytan av rostfritt stål.
2. Hirtiseringsprocessen: ett stort steg framåt inom automatiserad pulverrengöring
Med elektrokemisk behandling i tre-steg ger RENA Technologies H3000-utrustning helautomatiskt stöd.
Grovpoleringssteg: Genom att använda elektrokemiska pulser och vätskedynamik minskas den initiala grovheten från Ra100 μm till Ra10 μm, och 99 % av pulverresten avlägsnas.
Finpoleringsstadiet: Tekniken för partikelassisterad-kemisk borttagning sänker grovheten till Ra2 μm, vilket är acceptabelt för flyg.
Valfritt ultra-precisionspoleringssteg: Det kan skapa en spegeleffekt med en Ra0,5 μm för hög-användning som optiska komponenter.
Inom den medicinska industrin har denna procedur fungerat mycket bra. Till exempel tar vanlig mekanisk polering 4 timmar och lämnar repor, medan Hirtiseringsprocessen bara tar 45 minuter och gör ytjämnheten tre gånger bättre.
4, Teknikvalsmatris: En guide till att fatta beslut baserat på scenarier
Typ av teknik, situationer där den kan användas, för- och nackdelar
Manuella verktyg för att ta isär enkla former, komponenter som inte behöver vara särskilt exakta, delar som är billiga, delar som är lätta att använda, delar som sannolikt går sönder och delar som inte är särskilt effektiva
CNC-verktygsmaskiner är mycket noggranna för fräsning av komplicerade ytdelar, med en noggrannhet på ± 0,01 mm. Detta gör utrustningen mycket dyr och slöser mycket material.
Vibrationsrengöringspulver har en intern flödeskanal och en tvärhålskonstruktion som inte rör någonting. Den har även en automatisk bländargräns och drar mycket energi.
Utskrift utan stöd med ett litet vinkelöverhäng, ingen efter-bearbetning i massproduktion, hög materialförbrukning, hög utrustningströskel och svår parameterfelsökning
Elektrokemisk etsning av blandade material, icke-destruktiva precisionsdelar, mycket automation, komplicerad kemikaliehantering och mycket pengar till att börja med