Apakah sulit untuk mendukung struktur kompleks melalui pencetakan 3D logam?

一, Kebutuhan akan dukungan:-pedang pencetakan bermata dua dengan struktur yang rumit
Dalam pencetakan 3D logam, struktur pendukung memiliki banyak tujuan:
Dukungan mekanis: untuk menjaga konstruksi yang ditangguhkan agar tidak jatuh atau berubah bentuk saat dicetak karena gravitasi atau panas. Misalnya, jika bilah mesin pesawat tidak mendapat dukungan, dinding tipisnya dapat bengkok selama tahap pemadatan kolam lelehan.
Manajemen termal: Memindahkan panas melalui struktur pendukung untuk menjaga agar perbedaan suhu lokal tidak menjadi terlalu besar dan untuk menjaga agar tegangan sisa tidak menumpuk. Misalnya, saat mencetak implan paduan titanium, penyangga dapat menghentikan terbentuknya retakan mikro ketika bahan mendingin terlalu cepat.
Stabilitas proses: Dalam teknologi peleburan serbuk, kerangka pendukung menjaga bagian-bagian tetap di tempatnya sehingga tidak bergerak saat bubuk mengalir atau pengikis mengenainya.
Namun ada juga masalah besar dalam memiliki struktur pendukung:
Bahan yang terbuang: Jumlah bahan pendukung dapat mencapai 30% hingga 50% dari keseluruhan berat komponen, dan sulit untuk mendaur ulang semuanya.
Biaya pasca-pemrosesan: Melepaskan penyangga dengan mesin membutuhkan banyak usaha dan dapat merusak permukaan bagian tersebut. Misalnya, implan medis perlu dipoles lebih lanjut setelah dipasang agar memenuhi standar biokompatibilitas.
Keterbatasan dalam desain: Sistem pendukung tradisional memerlukan sudut suspensi lebih dari 45 derajat, sehingga sulit menggunakan desain baru seperti saluran aliran internal yang rumit dan struktur kisi.
2, Tantangan Teknis: Menguji karakteristik material dan kompleksitas struktur secara bersamaan
1. Perbedaan karakteristik bahan membuat bahan pendukungnya lebih sulit
Kualitas fisik dan kimia berbagai bahan logam sangat mempengaruhi proses pendukungnya:
Paduan titanium sangat aktif dan mudah bereaksi dengan oksigen dan nitrogen membentuk lapisan yang keras dan rapuh. Itu perlu dilindungi dari gas inert ketika tidak digunakan. Misalnya, ketika mendukung komponen cetakan Ti6Al4V, jumlah oksigen harus dijaga di bawah 50ppm, jika tidak maka komponen tersebut dapat terbakar dengan sendirinya.
Baja tahan karat sangat tahan terhadap karat dan dapat dibersihkan menggunakan bahan kimia atau jet air{0}}bertekanan tinggi. Saat Anda merendam bilah baja tahan karat 316L dalam larutan pembersih alkali dan menggunakan pembersih ultrasonik, Anda dapat menghilangkan 99,5% bubuknya.
Paduan aluminium memiliki titik leleh yang rendah dan kemungkinan besar akan berubah bentuk jika dibersihkan dengan metode pembersihan getaran biasa. Untuk menghilangkan dukungan dari cetakan AlSi10Mg, Anda perlu menggunakan teknologi jet salju CO₂, yang bekerja dengan memukul partikel padat pada suhu rendah -78,5 derajat tanpa menyebabkan konsentrasi tegangan termal.
2. Membuat struktur menjadi lebih kompleks sehingga mempersulit keadaan
Arsitektur yang kompleks memerlukan peningkatan tuntutan untuk proses yang tidak didukung:
Struktur berpori: Lapisan berpori pada implan ortopedi biasanya tebalnya kurang dari 3 mm, dan jumlah bubuk yang tersisa harus kurang dari 0,1 mg/cm². Sebuah perusahaan medis tertentu menggunakan teknologi adsorpsi vakum dan perlengkapan berputar 360 derajat untuk mendapatkan tingkat pemulihan bubuk sebesar 98,7%.
Struktur-berdinding tipis: Jika ketebalan dinding bilah mesin penerbangan kurang dari atau sama dengan 1 mm, maka diperlukan pengaturan tekanan mekanis agar tetap di tempatnya. GE menerapkan penghilangan bubuk bersuhu rendah (pendinginan dengan nitrogen cair pada suhu -196 derajat ) bersamaan dengan perlakuan penuaan untuk menurunkan tegangan sisa hingga kurang dari 50MPa dan menghentikan pembentukan retakan.
Struktur rongga internal: Untuk melepas penyangga rongga internal cakram turbin, perlu dibuat alat khusus. Model cakram turbin tertentu memiliki poros inti yang dapat dilepas yang menggunakan gaya sentrifugal untuk mendorong bubuk keluar dan aliran udara laminar (0,5m/s) untuk bertiup di sepanjang permukaan, yang memenuhi standar kebersihan ruang dalam.
3, Ide Baru: Dari membuat proses menjadi lebih baik hingga desain yang cerdas
1. Teknologi pencetakan tanpa pengawasan melampaui batas pencetakan tradisional.
Beberapa struktur rumit telah mampu mencetak tanpa dukungan dengan menyesuaikan jalur pencetakan dan karakteristik bubuk:
Pembentukan sudut kecil yang tidak didukung: Peralatan LiM-X260A yang dibuat oleh Leiming Laser dapat mencetak komponen paduan titanium yang ditangguhkan 5 derajat hingga 35 derajat dengan mengoptimalkan kepadatan energi laser dan metode pemindaian. Bagian-bagiannya memiliki kepadatan 99,9%.
Perencanaan jalur yang cerdas: Tim taktis di China Academy of Launch Vehicle Technology mengubah distribusi ukuran partikel bubuk (D50=45 μ m) dan kecepatan pemindaian laser (800mm/s). Mereka juga menggunakan simulasi distribusi tegangan untuk memungkinkan pencetakan struktur kabin roket yang rumit tanpa dukungan. Akurasi permukaan mencapai tingkat milimeter, dan kebutuhan pasca-pemrosesan berkurang sebesar 60%.
2. Struktur pendukung yang ditingkatkan membuatnya lebih mudah untuk lepas landas.
Dukungan Terlarut: Arizona State University telah menemukan cara untuk menghilangkan dukungan elektrokimia dengan mencetak dukungan baja karbon pada bagian baja tahan karat dan menggunakan larutan asam nitrat untuk mengikis baja karbon secara selektif. Penopang setebal 7 mm dapat dilepas seluruhnya dalam waktu kurang dari 6 jam tanpa merusak permukaan potongan.
Desain titik rekahan: Tambahkan titik rekahan berbentuk jam pasir ke struktur pendukung, dan gunakan lokasi konsentrasi tegangan yang telah ditentukan sebelumnya untuk mengatur rekahan. Misalnya, salah satu bagian mobil memiliki penyangga berbentuk-gigi yang dapat dilepas dengan mudah hanya dengan sedikit tenaga. Kerusakan pada permukaan kedalamannya kurang dari 0,05 mm.
3. Optimalisasi simulasi membuat dukungan tidak terlalu diperlukan.
Alat simulasi proses, seperti VoxelDance Engineering, dapat mengetahui bagaimana tekanan panas akan menyebar selama pencetakan dan membuat konfigurasi dukungan menjadi lebih baik. Misalnya, model impeler tertutup mengurangi jumlah dukungan yang dibutuhkan sebesar 60% melalui simulasi, memangkas waktu pencetakan hingga 50 jam, dan meminimalkan kemungkinan tabrakan pengikis.