Apa dampak sisa dukungan terhadap komponen cetakan 3D logam?

一, Kemungkinan bahaya sisa dukungan terhadap kualitas mekanis suku cadang
1. Konsentrasi tegangan sisa dan risiko retak
Ketika logam dicetak 3D, tegangan sisa dapat dengan mudah terbentuk pada sambungan antara rangka pendukung dan bagian-bagiannya. Hal ini karena koefisien muai panasnya berbeda. Jika sisa tumpuan tidak dihilangkan seluruhnya, lokasi dimana tegangan terkonsentrasi mungkin merupakan tempat terjadinya retakan. Misalnya, jika sisa penyangga tidak dihilangkan saat mencetak bilah mesin penerbangan, hal ini dapat menyebabkan penumpukan tekanan di ujung bilah. Hal ini dapat menyebabkan keretakan akibat kelelahan dan membatasi masa pakai komponen dalam-setelan servis suhu tinggi. Penelitian Universitas Xi'an Jiaotong menunjukkan bahwa ketika komponen paduan titanium ditopang dengan tegangan sisa yang tidak diberi perlakuan, tingkat tegangan sisa akan menjadi 30% hingga 50% lebih besar dari yang seharusnya, sehingga membuatnya kurang tahan terhadap kelelahan.
2. Materi yang tidak terorganisir
Dukungan sisa dapat mengubah struktur material dalam komponen. Dalam proses peleburan selektif laser (SLM), sambungan antara penyangga dan bagian mungkin menghasilkan butiran kasar atau struktur fase metastabil karena siklus suhu yang berulang. Para peneliti di Universitas Beihang menggunakan difraksi hamburan balik elektron (EBSD) untuk menemukan bahwa ukuran butir yang menopang area sisa adalah 2 hingga 3 kali lebih besar dibandingkan dengan substrat. Hal ini membuat kekerasan material menjadi 15% hingga 20% lebih ringan dan memengaruhi ketahanan ausnya.
3. Penyimpangan presisi geometri
Dukungan sisa dapat mengubah ukuran bagian itu sendiri. Jika sisa penyangga menghasilkan tonjolan permukaan sebesar 0,1 mm pada implan medis presisi seperti cangkir asetabular, hal ini dapat menyebabkan iritasi jaringan di tubuh setelah implantasi. Contoh-dunia nyata dari sebuah bisnis mengilustrasikan bahwa dukungan sisa menghasilkan deviasi dimensi radial sebesar 0,08 mm pada model cakram turbin tertentu, yang berada di luar rentang yang dapat diterima dan menyebabkan seluruh rakitan mesin gagal.
2, Dukungan sisa memiliki efek buruk pada kualitas permukaan.
1. Kekasaran permukaan semakin buruk
Penggilingan dan pemolesan amplas adalah dua penyangga mekanis umum yang dapat meninggalkan goresan pada permukaan benda. Misalnya, braket paduan kromium kobalt dapat memiliki nilai Ra kekasaran permukaan 3,2 μm setelah dipoles dengan tangan menggunakan amplas. Namun, nilai ini dapat diturunkan menjadi 0,2 μm dengan menggunakan pemolesan elektrokimia. Sebuah perusahaan peralatan medis mengatakan bahwa ketidaksempurnaan permukaan yang disebabkan oleh sisa penyangga telah meningkatkan kemungkinan 40% produk perlu dikerjakan ulang dan meningkatkan biaya produksi.
2. Risiko pencemaran bahan kimia
Jika Anda tidak mengontrol konsentrasi larutan dengan benar saat melakukan pengetsaan kimia untuk menghilangkan penyangga, Anda dapat mengalami korosi atau lubang yang seragam. Jika bagian paduan aluminium dibiarkan dalam larutan etsa asam terlalu lama, maka akan timbul lubang korosi pada permukaan dengan lebar 0,5 hingga 2 mm. Hal ini membuat mereka kurang tahan terhadap korosi. Sebuah perusahaan tertentu yang membuat suku cadang mobil kehilangan lebih dari satu juta yuan kerugian ekonomi langsung karena sisa dukungan menyebabkan banyak suku cadang terkorosi di permukaan.
3. Permasalahan pada zona terdampak panas (HAZ)
Jika pemotongan laser didukung, suhu tinggi dapat menyebabkan lapisan permukaan meleleh kembali. Setelah pemotongan laser, ketebalan lapisan bagian paduan suhu tinggi Inconel 718 yang dilebur kembali dapat mencapai 50–100 μm. Hal ini membuat kekerasan komponen menjadi 10%–15% lebih ringan dan mempengaruhi kekuatannya pada suhu tinggi. Dengan menyempurnakan-setelan laser (lebar pulsa<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, Batasan sisa dukungan terhadap efisiensi dan biaya dalam pemrosesan
1. Biaya-waktu pascapemrosesan telah melambung tinggi
Mungkin diperlukan 30% hingga 50% dari keseluruhan siklus produksi untuk memproses bagian struktur yang kompleks tanpa bantuan apa pun. Misalnya, cangkang ruang bakar pada mesin pesawat tertentu memiliki struktur pendukung interior yang rumit sehingga memerlukan waktu 120 jam untuk lepas landas dengan tangan. Namun bila Anda menggunakan bahan pendukung yang dapat larut, waktu yang diperlukan untuk melarutkan berkurang menjadi 8 jam per potong, dan efisiensinya meningkat 15 kali lipat.
2. Pemborosan bahan dan masalah daur ulang
Banyak serbuk logam yang digunakan oleh struktur pendukung. Misalnya dengan teknologi SLM, jumlah bahan pembantu bisa mencapai 20% hingga 30% dari keseluruhan jumlah yang digunakan. Jika sisa penyangga mencemari bubuk (misalnya, jika bubuk paduan titanium dicampur ke dalam penyangga baja tahan karat), biaya daur ulang akan meningkat sebesar 50% hingga 100%. Leiming Laser telah mengurangi jumlah bahan pendukung yang digunakan untuk satu model komponen sebesar 40% dengan meningkatkan desain dukungan. Hal ini menghemat biaya operasional perusahaan sebesar lebih dari 2 juta yuan per tahun.
3. Biaya keausan peralatan dan pemeliharaan
Mengganti alat pendukung mekanis (seperti roda gerinda dan pemotong frais) sering kali meningkatkan biaya pemeliharaan peralatan. Sebuah perusahaan pembuat cetakan tertentu mengatakan bahwa keausan perkakas yang disebabkan oleh sisa penyangga telah meningkatkan biaya pemeliharaan tahunan sebesar 300.000 yuan, dan pemeliharaan waktu henti telah mengurangi kapasitas produksi sebesar 15%.
4, Strategi sistematis untuk membantu mengatasi masalah yang tersisa
1. Optimalisasi desain struktur pendukung
Optimalisasi topologi: Gunakan perangkat lunak simulasi seperti Magics untuk secara otomatis membuat struktur pendukung ringan yang akan menurunkan area kontak. Setelah beralih ke desain dukungan-seperti pohon, sebuah bisnis mengurangi jumlah bahan pendukung yang digunakan sebesar 60% dan waktu yang dibutuhkan untuk mendukung sebesar 75%.
Bahan yang dapat dilarutkan: Bahan-yang larut dalam air seperti polivinil alkohol (PVA) digunakan untuk melarutkan dan menghilangkan konstruksi rongga internal yang kompleks sehingga tidak saling bersentuhan. Bahan pendukung PVA untuk peralatan EOS M290 telah digunakan secara efektif untuk membuat suku cadang pesawat terbang.
2. Teknologi untuk dukungan tanpa kontak
Penopang dengan ultrasound: Menggunakan-getaran frekuensi tinggi (20–40 kHz) untuk merusak struktur pendukung, yang berguna untuk komponen presisi. Sistem Sonic Mill dapat bekerja dengan penyangga yang diameternya kurang dari 0,5 mm dan memiliki kekasaran permukaan kurang dari 0,4 μm.
Pengetsaan plasma: Menggunakan plasma bersuhu rendah-(campuran gas Ar dan O2) untuk menghilangkan penyangga secara selektif tanpa menyebabkan konsekuensi termal. Solusi pemoles magnetik Magnalux telah digunakan untuk mendukung braket paduan kromium kobalt, dan kualitas permukaannya memenuhi persyaratan medis.
3. Pengaturan parameter pemrosesan yang cerdas
Pemotongan tegangan rendah: Pemotongan kawat (WEDM) menggunakan pengaturan dengan lebar pulsa kurang dari 10 μs dan arus puncak kurang dari 5A untuk menurunkan masukan panas. Dengan mengoptimalkan parameter, perusahaan tertentu dapat mengatur ketebalan lapisan bagian paduan titanium yang dilebur kembali setelah pemotongan hingga dalam 15 μm.
Penggilingan berlapis: Untuk menyebarkan gaya pemotongan, teknik penggilingan berlapis dengan kedalaman pemotongan kecil (<0.2mm) and a high feed rate (>500mm/mnt) digunakan untuk sistem pendukung yang tebal. Beginilah cara pusat permesinan lima-sumbu DMG MORI mengontrol distorsi pelepasan dukungan dalam 0,02mm.
4. Perlindungan dan perbaikan setelah pemrosesan
Memperbaiki dengan pelapis laser: Untuk goresan mikro yang terjadi setelah penyangga dilepas, bahan yang sama digunakan untuk perbaikan pelapis laser. Lapisan kelongsong memiliki ketebalan 10–50 μm dan memiliki kekuatan ikatan lebih dari 400 MPa. Teknologi ini telah digunakan oleh produsen suku cadang penerbangan tertentu untuk mengembalikan kekerasan permukaan suku cadang menjadi lebih dari 95% dari nilai desain.
Pemolesan elektrokimia: Menggunakan elektrolit (seperti campuran asam fosfat dan asam sulfat) untuk melarutkan benjolan permukaan secara selektif untuk mendapatkan hasil akhir yang halus. Setelah pemolesan elektrokimia, kekasaran permukaan Ra bagian paduan titanium dapat diturunkan dari 3,2 μm menjadi 0,2 μm, dan ketahanannya terhadap korosi dapat ditingkatkan tiga kali lipat.