ส่วนรองรับที่เหลือจะส่งผลต่อชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ด้วย 3D อย่างไร

一 อันตรายที่อาจเกิดขึ้นจากการรองรับคุณภาพทางกลของชิ้นส่วนที่เหลืออยู่
1. การรวมตัวกันของความเค้นตกค้างและความเสี่ยงต่อการแตกร้าว
เมื่อโลหะถูกพิมพ์แบบ 3 มิติ ความเค้นตกค้างสามารถสร้างขึ้นได้อย่างง่ายดายที่การเชื่อมต่อระหว่างโครงรองรับและชิ้นส่วน เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนแตกต่างกัน หากส่วนรองรับที่เหลือไม่ได้ถูกกำจัดออกไปทั้งหมด ตำแหน่งที่ความเครียดกระจุกตัวอยู่อาจเป็นจุดเริ่มต้นของรอยแตกร้าว ตัวอย่างเช่น หากไม่เอาส่วนรองรับที่เหลือออกขณะพิมพ์ใบมีดของเครื่องยนต์การบิน ก็อาจทำให้เกิดความเครียดสะสมที่ปลายใบมีดได้ ซึ่งอาจนำไปสู่รอยแตกเมื่อยล้าและจำกัดอายุการใช้งานของชิ้นส่วนในการตั้งค่าบริการที่อุณหภูมิสูง- การวิจัยของมหาวิทยาลัย Xi'an Jiaotong แสดงให้เห็นว่าเมื่อชิ้นส่วนโลหะผสมไททาเนียมได้รับการรองรับด้วยความเค้นตกค้างที่ไม่ผ่านการบำบัด ระดับความเค้นตกค้างของชิ้นส่วนนั้นจะมากกว่าที่ควรจะเป็น 30% ถึง 50% ซึ่งทำให้ทนต่อความเหนื่อยล้าได้น้อยลงมาก
2. วัสดุที่ไม่เป็นระเบียบ
ส่วนรองรับที่เหลืออาจเปลี่ยนวิธีการจัดโครงสร้างวัสดุในส่วนประกอบได้ ในกระบวนการหลอมแบบเลือกสรรด้วยเลเซอร์ (SLM) การเชื่อมต่อระหว่างส่วนรองรับและชิ้นส่วนอาจทำให้เกิดเกรนหยาบหรือโครงสร้างเฟสที่แพร่กระจายได้เนื่องจากวงจรอุณหภูมิซ้ำ นักวิจัยของมหาวิทยาลัย Beihang ใช้การเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนสะท้อนกลับ (EBSD) เพื่อพบว่าขนาดเกรนที่รองรับพื้นที่ตกค้างนั้นใหญ่กว่าขนาดพื้นผิว 2 ถึง 3 เท่า ทำให้วัสดุมีความแข็งน้อยลง 15% ถึง 20% และส่งผลต่อความต้านทานการสึกหรอ
3. การเบี่ยงเบนในความแม่นยำทางเรขาคณิต
ส่วนรองรับที่เหลือสามารถเปลี่ยนขนาดของชิ้นส่วนได้ หากส่วนรองรับที่เหลือทำให้เกิดการยื่นออกมาของพื้นผิว 0.1 มม. ในการปลูกถ่ายทางการแพทย์ที่มีความแม่นยำ เช่น ถ้วยอะซีตาบูลาร์ อาจทำให้เกิดการระคายเคืองของเนื้อเยื่อในร่างกายหลังการปลูกถ่าย ตัวอย่างโลกแห่งความเป็นจริง-จากธุรกิจแสดงให้เห็นว่าส่วนรองรับที่เหลือทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของมิติรัศมี 0.08 มม. ในจานกังหันบางรุ่น ซึ่งอยู่นอกช่วงที่ยอมรับได้และทำให้การประกอบเครื่องจักรทั้งหมดล้มเหลว
2 การสนับสนุนที่เหลือมีผลเสียต่อคุณภาพของพื้นผิว
1. ความหยาบของพื้นผิวเริ่มแย่ลง
การกัดและการขัดกระดาษทรายเป็นกลไกรองรับทั่วไปสองประการที่อาจทำให้เกิดรอยขีดข่วนบนพื้นผิวของสิ่งของได้ ตัวอย่างเช่น ขายึดโลหะผสมโคบอลต์โครเมียมสามารถมีค่าความหยาบผิว Ra ได้ที่ 3.2 μm หลังจากขัดด้วยมือด้วยกระดาษทราย อย่างไรก็ตาม ค่านี้สามารถลดลงเหลือ 0.2 μm ได้โดยใช้การขัดเงาด้วยเคมีไฟฟ้า ธุรกิจอุปกรณ์ทางการแพทย์แห่งหนึ่งกล่าวว่าความไม่สมบูรณ์ของพื้นผิวที่เกิดจากการสนับสนุนที่เหลือ ทำให้มีแนวโน้มมากขึ้น 40% ที่ผลิตภัณฑ์จะต้องได้รับการปรับปรุงใหม่ และทำให้ต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้น
2. ความเสี่ยงจากมลภาวะทางเคมี
หากคุณควบคุมความเข้มข้นของสารละลายไม่ถูกต้องขณะกัดกรดด้วยสารเคมีเพื่อกำจัดส่วนรองรับ อาจทำให้เกิดการกัดกร่อนหรือเป็นรูพรุนสม่ำเสมอได้ เมื่อชิ้นส่วนอลูมิเนียมอัลลอยด์ถูกทิ้งไว้ในสารละลายกัดกร่อนที่เป็นกรดนานเกินไป ชิ้นส่วนเหล่านั้นจะเกิดหลุมการกัดกร่อนบนพื้นผิวที่มีความกว้าง 0.5 ถึง 2 มม. ทำให้ทนทานต่อการกัดกร่อนน้อยลง บริษัทแห่งหนึ่งที่ผลิตชิ้นส่วนรถยนต์สูญเสียการสูญเสียทางเศรษฐกิจโดยตรงมากกว่าหนึ่งล้านหยวน เนื่องจากการสนับสนุนที่เหลือทำให้ชิ้นส่วนจำนวนมากสึกกร่อนบนพื้นผิว
3. ปัญหาในเขตผลกระทบความร้อน (HAZ)
เมื่อรองรับการตัดด้วยเลเซอร์ อุณหภูมิสูงอาจทำให้เกิดการหลอมละลายของพื้นผิวได้ หลังจากการตัดด้วยเลเซอร์ ความหนาของชั้นโลหะผสมที่หลอมใหม่ของชิ้นส่วนโลหะผสมอุณหภูมิสูง Inconel 718- จะสูงถึง 50–100 μm ทำให้ชิ้นส่วนมีความแข็งน้อยลง 10%–15% และส่งผลต่อความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง โดยการปรับ-การตั้งค่าเลเซอร์อย่างละเอียด (ความกว้างพัลส์<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 ขีดจำกัดที่การสนับสนุนที่เหลือส่งผลต่อประสิทธิภาพและต้นทุนในการประมวลผล
1. ราคาของเวลาในการโพสต์-นั้นสูงลิ่วแล้ว
อาจต้องใช้เวลา 30% ถึง 50% ของวงจรการผลิตทั้งหมดเพื่อแปรรูปชิ้นส่วนโครงสร้างที่ซับซ้อนโดยไม่ต้องอาศัยความช่วยเหลือใดๆ ตัวอย่างเช่น เปลือกห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์เครื่องบินบางรุ่นมีโครงสร้างรองรับภายในที่ซับซ้อน ซึ่งใช้เวลา 120 ชั่วโมงในการนำขึ้นด้วยมือ แต่เมื่อคุณใช้วัสดุรองรับที่ละลายน้ำได้ เวลาที่ใช้ในการละลายจะลดลงเหลือ 8 ชั่วโมงต่อชิ้น และประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้น 15 เท่า
2. สิ้นเปลืองวัสดุและปัญหาในการรีไซเคิล
โครงสร้างรองรับใช้ผงโลหะจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น ด้วยเทคโนโลยี SLM ปริมาณวัสดุรองรับสามารถคิดเป็น 20% ถึง 30% ของจำนวนทั้งหมดที่ใช้ หากส่วนรองรับที่เหลือปนเปื้อนผง (เช่น หากผงโลหะผสมไทเทเนียมผสมเข้ากับส่วนรองรับสแตนเลส) ต้นทุนการรีไซเคิลจะเพิ่มขึ้น 50% ถึง 100% Leiming Laser ได้ลดปริมาณวัสดุรองรับที่ใช้สำหรับส่วนประกอบหนึ่งรุ่นลง 40% โดยการปรับปรุงการออกแบบส่วนรองรับ ซึ่งช่วยให้บริษัทประหยัดค่าใช้จ่ายประเภทผงได้มากกว่า 2 ล้านหยวนต่อปี
3. ค่าสึกหรอของอุปกรณ์และค่าบำรุงรักษา
การเปลี่ยนเครื่องมือสนับสนุนทางกล (เช่น ล้อเจียรและหัวกัด) มักจะทำให้ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาอุปกรณ์สูงขึ้น บริษัทผู้ผลิตแม่พิมพ์แห่งหนึ่งกล่าวว่าการสึกหรอของเครื่องมือที่เกิดจากการสนับสนุนที่เหลือทำให้ค่าบำรุงรักษาต่อปีเพิ่มขึ้น 300,000 หยวน และการบำรุงรักษาการหยุดทำงานทำให้กำลังการผลิตลดลง 15%
4 กลยุทธ์ที่เป็นระบบเพื่อช่วยแก้ไขปัญหาที่เหลือ
1. เพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบโครงสร้างรองรับ
การเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยี: ใช้ซอฟต์แวร์จำลอง เช่น Magics เพื่อสร้างโครงสร้างรองรับน้ำหนักเบาโดยอัตโนมัติ ซึ่งจะลดพื้นที่สัมผัสลง หลังจากเปลี่ยนมาใช้โครงสร้างแบบต้นไม้-เช่นการออกแบบการสนับสนุน ธุรกิจหนึ่งได้ลดจำนวนวัสดุสนับสนุนที่ใช้ลง 60% และเวลาที่ใช้ในการสนับสนุนลง 75%
วัสดุที่สามารถละลายได้: สารรองรับที่ละลายน้ำได้- เช่น โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ (PVA) ใช้ในการละลายและขจัดโครงสร้างช่องภายในที่ซับซ้อน เพื่อไม่ให้สัมผัสกัน วัสดุรองรับ PVA สำหรับอุปกรณ์ EOS M290 ถูกนำมาใช้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อผลิตชิ้นส่วนสำหรับเครื่องบิน
2. เทคโนโลยีรองรับโดยไม่ต้องสัมผัส
รองรับด้วยอัลตราซาวนด์: ใช้การสั่นสะเทือนความถี่สูง- (20–40 kHz) เพื่อทำลายโครงสร้างรองรับ ซึ่งเหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำ ระบบ Sonic Mill สามารถทำงานร่วมกับส่วนรองรับที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 0.5 มม. และมีความหยาบผิวน้อยกว่า 0.4 μm
การกัดด้วยพลาสมา: การใช้พลาสมาอุณหภูมิต่ำ- (ส่วนผสมของก๊าซ Ar และ O2) เพื่อเลือกเอาส่วนรองรับออกโดยไม่ก่อให้เกิดผลกระทบจากความร้อน โซลูชันการขัดเงาด้วยแม่เหล็กของ Magnalux ถูกนำมาใช้เพื่อรองรับฉากยึดโลหะผสมโคบอลต์โครเมียม และคุณภาพพื้นผิวจะขึ้นอยู่กับข้อกำหนดทางการแพทย์
3. การควบคุมพารามิเตอร์การประมวลผลอย่างชาญฉลาด
การตัดความเค้นต่ำ: การตัดลวด (WEDM) ใช้การตั้งค่าที่มีความกว้างพัลส์น้อยกว่า 10 μs และกระแสสูงสุดน้อยกว่า 5A เพื่อลดอินพุตความร้อน ด้วยการปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสม บริษัทเฉพาะเจาะจงสามารถจัดการความหนาของชั้นที่หลอมใหม่ของชิ้นส่วนโลหะผสมไทเทเนียมหลังจากตัดให้เหลือภายใน 15 μm
การกัดเป็นชั้น: เพื่อกระจายแรงตัด ซึ่งเป็นเทคนิคการกัดเป็นชั้นที่มีระยะกินลึกเพียงเล็กน้อย (<0.2mm) and a high feed rate (>500 มม./นาที) ใช้สำหรับระบบรองรับแบบหนา นี่คือวิธีที่เครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ห้า-แกนของ DMG MORI ควบคุมการบิดเบือนของการถอดตัวรองรับภายใน 0.02 มม.
4. การป้องกันและซ่อมแซมหลังการประมวลผล
การซ่อมแซมด้วยการหุ้มด้วยเลเซอร์: สำหรับรอยขีดข่วนขนาดเล็กที่เกิดขึ้นหลังจากการถอดส่วนรองรับออก จะใช้วัสดุชนิดเดียวกันในการซ่อมแซมการหุ้มด้วยเลเซอร์ ชั้นหุ้มมีความหนา 10–50 μm และมีความแข็งแรงในการยึดเกาะมากกว่า 400 MPa ผู้ผลิตชิ้นส่วนการบินบางรายใช้เทคโนโลยีนี้เพื่อทำให้ความแข็งพื้นผิวของชิ้นส่วนกลับมามากกว่า 95% ของมูลค่าการออกแบบ
การขัดเงาด้วยเคมีไฟฟ้า: การใช้อิเล็กโทรไลต์ (เช่น ส่วนผสมของกรดฟอสฟอริกและกรดซัลฟิวริก) เพื่อเลือกละลายรอยกระแทกบนพื้นผิวเพื่อให้ได้งานขัดที่เรียบเนียน หลังจากการขัดเงาด้วยเคมีไฟฟ้า ความหยาบผิว Ra ของชิ้นส่วนโลหะผสมไทเทเนียมอาจลดลงจาก 3.2 μm เป็น 0.2 μm และความต้านทานต่อการกัดกร่อนสามารถเพิ่มขึ้นได้สามเท่า