Penambahan dan penyingkiran sokongan telah lama menjadi cabaran semasa pembuatan bahan tambahan logam (AM). Mengambil pensinteran laser logam langsung (DMLS) sebagai contoh, model perlu dipraset dengan struktur sokongan sebelum mencetak untuk mengelakkan ubah bentuk yang disebabkan oleh tekanan haba dan mengalirkan haba dari kolam lebur. Kurungan ini adalah sebahagian daripada reka bentuk dan pembuatan secara keseluruhan. Selepas pembinaan, struktur sokongan telah dibongkar dan dibuang. Tanpa sokongan, sukar untuk mencetak struktur cantilever di bawah sudut kecenderungan tertentu (biasanya sekitar 45 darjah ), yang sering mengehadkan pilihan untuk pengguna sistem percetakan 3D logam, dan juga membawa banyak peralatan OEM dan syarikat perisian pembuatan aditif. cabaran yang hebat.
Untuk menyelesaikan masalah di atas, pakar dari syarikat EOS Additive Minds kini telah membangunkan pelbagai teknik pengoptimuman proses untuk menghasilkan bahagian bercetak 3D tanpa struktur sokongan, seperti gelang stator, perumah, pam turbo, tangki minyak, penukar haba, injap dan pendesak, yang mana pendesak tertutup adalah salah satu kes yang lebih tipikal. Melalui perisian reka bentuk yang dioptimumkan dan pakej parameter, EOS membolehkan pengguna mencetak julur dan jambatan pada sudut yang lebih rendah (kadangkala malah sifar), memerlukan lebih sedikit atau tiada sokongan.
Pengilangan aditif yang tidak disokong juga menjimatkan banyak masa dalam peringkat pasca pemprosesan, kerana tiada sokongan tambahan perlu dialih keluar. Dalam kes penyingkiran manual, ini juga membebaskan masa dan tenaga pekerja untuk kerja lain. Pembuatan bahagian tanpa struktur sokongan juga mengurangkan sisa bahan, kerana tiada apa yang dibuang dan semua aspek bahagian dan reka bentuk sokongan diperlukan. Walau bagaimanapun, ini bukanlah satu proses yang mudah, dan pakar reka bentuk perisian serta pengilang telah mengusahakan cabaran reka bentuk yang tidak disokong selama bertahun-tahun.
Dalam artikel ini, ia ditunjukkan terutamanya cara pakar di EOS menggunakan kaedah yang tidak disokong untuk membina pendesak. Pendesak tertutup atau diselubungi digunakan dalam banyak industri dan ia berbeza dari segi saiz, bentuk, bahan dan keperluan prestasi. Pendesak tertutup selalunya terdedah kepada keadaan yang melampau seperti kelajuan putaran tinggi, media yang sangat menghakis, dan beban mekanikal yang disebabkan oleh suhu yang melampau. Contohnya, aplikasi turbopump dalam roket angkasa, sistem mampatan dalam turbin mikro, dan pam air laut dalam aplikasi minyak dan gas.
Menyokong keperluan reka bentuk dalam percetakan 3D logam tradisional
Mereka bentuk bahagian bercetak 3D dengan sokongan telah menjadi pendekatan standard untuk pembuatan aditif (AM). Bilangan, saiz dan lokasi sokongan ditentukan oleh beberapa faktor:
Tegasan baki semasa pencetakan boleh menyebabkan ubah bentuk model 3D. Sokongan boleh ditambah untuk mencegah ubah bentuk ini secara fizikal;
Gangguan recoater yang menjejaskan binaan pertengahan bahagian boleh menggetarkan bahagian atau menyebabkan kerosakan, mengakibatkan kerja tidak berjaya. Kurungan digunakan untuk melindungi bahagian-bahagian daripada sebarang pengaruh oleh recoater;
Pemindahan haba melalui penyokong membolehkan bahagian menjadi sejuk dan terbentuk dengan lebih cepat dan lebih berjaya semasa proses binaan.
Untuk memastikan pencetak 3D membina dan berjaya menghasilkan bahagian, pelbagai sebab yang mempengaruhi reka bentuk sokongan perlu dipertimbangkan, termasuk:
Orientasi bahagian menentukan berapa banyak bahagian yang perlu disokong. Biasanya, jika bahagian berorientasikan supaya kawasan permukaan yang lebih besar tidak berada pada plat binaan, lebih banyak sokongan diperlukan untuk mengimbangi faktor di atas.
Overhang 45 darjah atau kurang biasanya dianggap memerlukan struktur sokongan.
Saluran dan lubang mungkin berubah bentuk tanpa sokongan, bergantung pada saiznya dan sama ada ia berorientasikan secara tidak berkesan.
Reka bentuk model
Berbekalkan kepakaran yang betul dan kemahiran menyelesaikan masalah yang kreatif, pasukan di EOS telah berjaya membangunkan cara baharu untuk mereka bentuk dan membina model, memusnahkan tanggapan prasangka tentang "penurunan rendah mesti menambah sokongan", dengan hasil yang cemerlang. Pendesak yang digunakan dalam artikel ini untuk menunjukkan struktur yang tidak disokong dan keupayaan proses DMLS telah direka oleh EOS Additive Minds dengan diameter 150 mm dengan 12 bilah dengan sudut tidak terjual hingga 10 darjah.
Arah kecenderungan ahli dan struktur sokongan
Pendesak biasanya dicetak dalam orientasi condong untuk mengelakkan sokongan dalaman kerana ia sukar ditanggalkan. Walau bagaimanapun, orientasi ini biasanya menghasilkan masa binaan yang lebih lama, kualiti permukaan yang tidak rata, dan bahagian yang bulat mengalami masalah. Orientasi planar menawarkan beberapa kelebihan, seperti masa binaan yang lebih pendek, kebulatan dan ketepatan yang lebih baik, dan kualiti permukaan yang lebih seragam di seluruh bahagian. Walau bagaimanapun, overhang rendah biasanya memerlukan banyak sokongan. Untuk proses DMLS semasa, overhang yang lebih besar kurang daripada 35 darjah perlu disokong. Sokongan diperlukan untuk menghilangkan haba dari kolam lebur untuk mengimbangi daya salutan semula dan tegasan bahagian dalaman.
Pengoptimuman reka bentuk yang tidak disokong
EOS mengurangkan keperluan untuk menambah sokongan dalaman dengan ketara dengan memanfaatkan teknik reka bentuk model termaju. Pengoptimuman reka bentuk proses pembuatan aditif juga merupakan satu lagi aspek penting yang berkaitan dengan kejayaan percetakan. Walaupun sokongan dalaman boleh dielakkan terutamanya melalui penggunaan strategi pendedahan terlaras, struktur sokongan luaran selalunya masih diperlukan.
Dalam kes pendesak artikel ini, bukannya menggunakan isian pepejal, bahagian bawah bahagian telah diubah suai dengan menggunakan gerbang sokongan diri dan dinding nipis untuk memastikan sambungan platform yang kuat dan mengelakkan ubah bentuk semasa pembinaan. Ini membolehkan penggunaan bahan yang kurang daripada stent konvensional sambil memberikan kekuatan tinggi dan kebolehmesinan yang lebih baik. Diameter luar pendesak ditutup untuk memberikan kekukuhan yang lebih besar pada bahagian apabila dibina dan untuk mengelakkan kehilangan ketepatan geometri pada tepi alur keluar. Untuk pendesak ini, reka bentuk termaju membolehkan pengurangan bahan sebanyak 15 peratus, sambil dioptimumkan oleh mesin dan menyokong diri, tanpa sokongan dalaman.
Pengoptimuman Proses
Pendesak dibina menggunakan kaedah DownSkin bertenaga tinggi yang dipanggil (jenis pendedahan yang digunakan untuk membina permukaan yang tergantung). Pada asasnya, kaedah ini meningkatkan input ketumpatan tenaga bagi pendedahan DownSkin dengan meningkatkan kuasa laser sambil melaraskan parameter DownSkin yang lain. Ini menghasilkan kolam cair yang lebih besar tetapi lebih stabil, terutamanya apabila membina overhang pada serbuk longgar. Kaedah ini telah berjaya digunakan untuk banyak bahan yang sering digunakan untuk membuat pendesak (cth Ti64, 316L, AlSi10Mg, In718, dll.).
Oleh itu, ia boleh dipastikan bahawa semua sudut genting boleh mendapat manfaat daripada parameter yang dioptimumkan ini. Tidak seperti teknologi lain yang tidak disokong, pendekatan DownSkin bertenaga tinggi tidak mengorbankan kelajuan binaan dan oleh itu kes perniagaan untuk mengelakkan sokongan.
Sekiranya tiada sebarang tindakan balas, kaedah DownSkin bertenaga tinggi boleh mengakibatkan bahagian bersaiz besar dalam arah z di rantau DownSkin disebabkan oleh kolam kimpalan dalam. Bahagian boleh dilaraskan kepada saiz yang betul dengan pemprosesan pasca atau dengan mengubah reka bentuk. DownSkin juga agak kasar, tetapi kekasarannya adalah seragam, yang membantu dengan teknik kemasan permukaan pukal seperti pemesinan aliran kasar. Terdapat juga hampir tiada keliangan (lihat imej di bawah), keliangan terhad kepada DownSkin. Oleh itu, sifat mekanikal keseluruhan tidak terjejas dan anda masih boleh bergantung pada proses InFill berkualiti tinggi yang dibangunkan oleh EOS. Oleh itu, proses sekunder seperti penekanan isostatik panas juga tidak diperlukan untuk mendapatkan sifat mekanikal yang mencukupi.
Pasca pemprosesan (Pemesinan Aliran Melelas, Logam AM)
Pemesinan aliran kasar ialah teknik kemasan permukaan yang biasa digunakan untuk aplikasi berkaitan aliran dan geometri dalaman. Media yang melelas ditolak melalui bahagian yang dipegang dalam lekapan. Zarah-zarah pelelas dalam media mengisar dan menggilap permukaan di sepanjang laluan aliran. Sebagai persediaan untuk kemasan permukaan dalam, diameter luar tertutup perlu dimesin menjadi ketinggian terbuka, diameter dan bahagian yang diselaraskan dengan lekapan untuk proses AFM. Selepas pra-pemesinan, bahagian itu diapit dan media kasar ditolak melalui bahagian itu dengan bantuan pengapit. Selepas proses AFM, pendesak dimesin ke saiz akhir.
Bahagian akhir dirawat dengan Pemesinan Aliran Abrasive (AFM)
Dengan kemajuan berterusan teknologi percetakan 3D, bahagian cetakan 3D logam akan terus berkembang ke arah pasaran pengguna akhir.