Apa saja cara umum untuk mendukung pencetakan 3D logam?

一, Dukungan mekanis tradisional: menemukan keseimbangan antara kerusakan dan efisiensi
1. Membongkar perkakas dengan tangan: mudah namun berbahaya
Untuk unsur geometri dasar, masyarakat masih banyak menggunakan alat manual seperti tang dan pinset. Misalnya, saat mencetak impeler paduan titanium, operator harus mengelupas secara perlahan di sepanjang garis pertemuan penyangga dan bagian. Namun, proses ini mempunyai beberapa masalah besar:
Konsentrasi tegangan pada titik kontak: Perkakas dapat dengan mudah menyebabkan deformasi atau bahkan patah pada konstruksi-dinding tipis atau kantilever jika memberikan tekanan pada perkakas tersebut. Dalam satu situasi yang melibatkan injektor bahan bakar mesin penerbangan, menghilangkan dukungan dengan tangan menyebabkan retakan mikro di area dengan ketebalan dinding 0,3 mm, dan tingkat skrap akhir adalah 15%.
Kerusakan pada permukaan: Setelah meleleh pada suhu tinggi, serbuk logam menempel erat pada penyangga. Pengelupasan paksa biasanya meninggalkan goresan atau lubang. Saat Anda melepas dukungan manual untuk implan medis, kekasaran permukaan (nilai Ra) umumnya lebih dari 10 μm, yang jauh lebih tinggi dari persyaratan klinis sebesar 2 μm.
2. Pemesinan CNC: keseimbangan antara akurasi dan biaya
Penggilingan CNC kini menjadi cara terbaik untuk membuat-komponen berpresisi tinggi. Pusat permesinan keterkaitan lima sumbu dari EOS, sebuah perusahaan di Jerman, dapat menghilangkan sisa dukungan hingga tingkat 0,01 mm. Namun ada dua masalah besar dengan teknologi ini:
Limbah material: Untuk menghemat waktu pemesinan, lebih banyak material harus digunakan selama desain komponen. Artinya, hanya 20% hingga 30% bedak yang digunakan.
Batasan untuk peralatan: Peralatan mesin CNC kelas atas berharga lebih dari satu juta dolar, jumlah yang terlalu mahal untuk dibayar oleh usaha kecil dan menengah. Hal ini mempersulit teknologi untuk digunakan secara lebih luas.
3. Pembersihan menggunakan getaran dan aliran udara: garis pertahanan terakhir untuk struktur yang rumit
Untuk tempat yang sulit dijangkau mesin, seperti saluran aliran internal atau lubang melintang, pembersihan bubuk memerlukan kombinasi getaran dan{0}}aliran udara bertekanan tinggi. Sistem TCB-100 Zhejiang Tuobo dapat menghilangkan lebih dari 95% sisa bubuk dengan menggunakan getaran rotasi tiga dimensi 360 derajat dan udara bertekanan 0,6MPa. Namun strategi ini membuat desain struktur pendukung menjadi lebih sulit:
Batasan bukaan: Jika diameter saluran aliran kurang dari 2 mm, serbuk kemungkinan besar akan tetap menyatu karena aksi kapiler. Untuk membersihkannya diperlukan pembersihan bubuk ultrasonik.
Masalah penggunaan energi: Meja getar beroperasi selama 8 jam berturut-turut dan menggunakan listrik sebesar 15kWh, sehingga meningkatkan biaya produksi.
2, Teknik pencetakan yang tidak didukung: menghilangkan masalah pasca-pemrosesan dari sumbernya
1. Mengoptimalkan parameter proses: kontrol input energi yang tepat
Velo3D telah mampu mencetak struktur sudut kecil dengan sudut antara 5 derajat dan 35 derajat tanpa dukungan dengan mengubah kekuatan laser dan ukuran titik dengan cepat. Ide utamanya adalah:
Mengelola masukan panas: Agar kolam lelehan tidak menjadi terlalu panas dan runtuh, turunkan kepadatan daya di wilayah gantung menjadi 80W/mm² (proses yang biasa dilakukan adalah 120W/mm²).
Cara baru untuk membubarkan bubuk: Ketebalan lapisan bubuk dapat diatur dalam ± 5 μm dengan menyemprotkan bubuk melalui corong depan dan mengambilnya kembali dengan alat pengisap belakang. Dengan cara ini, permintaan akan dukungan berkurang.
2. Sistem umpan balik-waktu nyata: akhir dari kontrol-loop tertutup
Teknologi Smart Fusion EOS menggunakan kamera tomografi optik (OT) untuk mengawasi suhu kolam lelehan dan algoritme AI untuk mengubah pengaturan dengan cepat. Teknologi ini mengurangi dukungan sebesar 70% dan tegangan sisa sebesar 40% dalam pencetakan antena parabola. Terobosan teknologi tersebut adalah:
Keseimbangan medan termal-lapisan: Pastikan setiap lapisan mendapat jumlah panas yang sama dengan memodelkan perkiraan bidang suhu. Ini akan mencegah lapisan tertekuk karena panas berlebih setempat.
Pustaka parameter adaptif: Untuk segera mendapatkan pencetakan yang tidak didukung, siapkan paket proses terpisah untuk setiap material (seperti Inconel 718 atau Ti6Al4V).
3, Dukungan Elektrokimia: Terobosan Baru dalam Studi Material
1. Prinsip anoda korban: mengendalikan korosi dengan cara yang dipilih
Metode etsa elektrokimia yang disarankan Arizona State University memisahkan dukungan dan komponen dengan melakukan hal berikut:
Penggerak dengan beda potensial: Baterai primer dibuat dalam larutan asam nitrat menggunakan baja karbon (E derajat =-0.44V) sebagai penyangga dan baja tahan karat 304 (E derajat =-0.18V) sebagai bagiannya. Baja karbon dioksidasi terlebih dahulu.
Oksigen mempercepat reaksi: Ketika gelembung oksigen ditambahkan, laju korosi meningkat 6 kali lipat, dan penyangga baja karbon setebal 7 mm dapat larut seluruhnya dalam 6 jam tanpa merusak permukaan baja tahan karat.
2. Proses Hirtisasi: sebuah langkah maju yang besar dalam pembersihan bubuk otomatis
Dengan tiga-perlakuan elektrokimia tahap, peralatan H3000 RENA Technologies memberikan dukungan yang sepenuhnya otomatis.
Tahap pemolesan kasar: Dengan menggunakan pulsa elektrokimia dan dinamika fluida, kekasaran awal diturunkan dari Ra100 μm menjadi Ra10 μm, dan 99% residu bubuk dihilangkan.
Tahap pemolesan halus: Teknologi penghilangan bahan kimia berbantuan-partikel menurunkan kekasaran hingga Ra2 μm, yang dapat diterima untuk penerbangan.
Tahap pemolesan ultra-presisi opsional: Dapat membuat efek cermin dengan Ra0,5 μm untuk penggunaan kelas atas seperti komponen optik.
Dalam industri medis, prosedur ini berhasil dengan sangat baik. Misalnya, pemolesan mekanis standar membutuhkan waktu 4 jam dan meninggalkan goresan, sedangkan proses Hirtisasi hanya membutuhkan waktu 45 menit dan membuat kekasaran permukaan menjadi seragam tiga kali lebih baik.
4, Matriks Pemilihan Teknologi: Panduan Pengambilan Keputusan Berdasarkan Skenario
Jenis teknologi, situasi penggunaannya, pro dan kontra
Alat manual untuk membongkar bentuk sederhana, komponen yang tidak perlu terlalu presisi, suku cadang yang murah, suku cadang yang mudah digunakan, suku cadang yang mudah rusak, dan suku cadang yang tidak terlalu efisien
Peralatan mesin CNC sangat akurat untuk menggiling potongan permukaan yang rumit, dengan akurasi ± 0,01 mm. Hal ini membuat peralatan menjadi sangat mahal dan membuang banyak bahan.
Bubuk pembersih getar memiliki saluran aliran internal dan konstruksi lubang silang yang tidak menyentuh apapun. Ia juga memiliki batas aperture otomatis dan menggunakan banyak energi.
Mencetak tanpa dukungan dengan sudut yang kecil, tidak ada-pemrosesan dalam produksi massal, tingkat konsumsi bahan yang tinggi, ambang batas peralatan yang tinggi, dan proses debug parameter yang sulit
Pengetsaan elektrokimia pada bahan campuran,-bagian presisi yang tidak merusak, banyak otomatisasi, pengelolaan bahan kimia yang rumit, dan banyak uang untuk memulai