Quais são as formas comuns de oferecer suporte à impressão 3D de metal?

一, Suporte mecânico tradicional: encontrando um equilíbrio entre dano e eficiência
1. Desmontar ferramentas manualmente: fácil, mas perigoso
Para elementos geométricos elementares, as pessoas ainda usam principalmente instrumentos manuais como alicates e pinças. Por exemplo, ao imprimir um impulsor de liga de titânio, o operador tem que descascá-lo lentamente ao longo da linha onde o suporte e as seções se encontram. No entanto, este processo tem alguns grandes problemas:
Concentração de tensão no ponto de contato: as ferramentas podem facilmente causar deformação ou até mesmo quebrar em construções de paredes-finas ou cantilever quando exercem pressão sobre elas. Em uma situação envolvendo injetor de combustível de motor de aviação, a retirada manual do suporte causou microfissuras em uma área com espessura de parede de 0,3 mm, e o índice de refugo final foi de 15%.
Danos à superfície: Após fusão em altas temperaturas, o pó metálico adere firmemente ao suporte. O descascamento forçado normalmente deixa arranhões ou caroços. Quando você retira o suporte manual para implantes médicos, a rugosidade da superfície (valor Ra) é geralmente superior a 10 μm, o que é muito superior ao requisito clínico de 2 μm.
2. Usinagem CNC: o equilíbrio entre precisão e custo
A fresagem CNC é agora a melhor maneira de fabricar peças de alta-precisão. Um centro de usinagem de articulação de cinco{2}}eixos da EOS, uma empresa alemã, pode remover o suporte residual até um nível de 0,01 mm. Mas existem dois grandes problemas com esta tecnologia:
Desperdício de material: Para economizar tempo de usinagem, mais materiais devem ser usados ​​durante o projeto da peça. Isto significa que apenas 20% a 30% do pó é utilizado.
Limite para equipamentos: máquinas-ferramentas CNC-de última geração custam mais de um milhão de dólares, o que é muito caro para pequenas e médias-empresas pagarem. Isso torna mais difícil que a tecnologia se torne mais amplamente utilizada.
3. Limpeza usando vibração e fluxo de ar: a última linha de defesa para estruturas complicadas
Para locais de difícil acesso para máquinas, como canais de fluxo internos ou orifícios cruzados, a limpeza com pó precisa de uma combinação de vibração e fluxo de ar de alta-pressão. O sistema TCB-100 da Zhejiang Tuobo pode eliminar mais de 95% dos restos de pó usando vibração de rotação tridimensional de 360 ​​graus e ar comprimido de 0,6 MPa. Mas esta estratégia torna mais difícil a concepção de estruturas de suporte:
Limitação de abertura: Se o diâmetro do canal de fluxo for inferior a 2 mm, é provável que o pó permaneça unido devido à ação capilar. Para limpá-lo, é necessária a limpeza ultrassônica com pó.
Problema com o uso de energia: A mesa vibratória funciona 8 horas seguidas e consome 15 kWh de energia elétrica, o que aumenta o custo de produção.
2, Técnica de impressão não suportada: eliminação de problemas com pós--processamento da origem
1. Otimizando parâmetros de processo: controle exato da entrada de energia
O Velo3D foi capaz de imprimir pequenas estruturas angulares com ângulos entre 5 graus e 35 graus sem suporte, alterando a potência do laser e o tamanho do ponto em tempo real. A ideia principal é:
Gerenciando a entrada de calor: Para evitar que a poça de fusão fique muito quente e entre em colapso, diminua a densidade de potência na região suspensa para 80W/mm² (o processo normal é 120W/mm²).
Nova maneira de dispersar o pó: A espessura da camada de pó pode ser regulada em ± 5 μm pulverizando o pó através de um funil frontal e recuperando-o por um dispositivo de sucção traseiro. Dessa forma, a demanda por suporte é reduzida.
2. Um sistema de feedback-em tempo real: o fim do controle-de circuito fechado
A tecnologia Smart Fusion da EOS usa câmeras de tomografia óptica (OT) para monitorar a temperatura da poça de fusão e algoritmos de IA para alterar as configurações rapidamente. A tecnologia reduz o suporte em 70% e o estresse residual em 40% na impressão de antenas parabólicas. O avanço tecnológico é:
Equilíbrio de campo térmico-multicamadas: certifique-se de que cada camada receba a mesma quantidade de calor modelando campos de temperatura previstos. Isso evitará que as camadas dobrem devido ao superaquecimento local.
Biblioteca de parâmetros adaptativos: Para obter impressão sem suporte imediatamente, configure pacotes de processo separados para cada material (como Inconel 718 ou Ti6Al4V).
3, Suporte Eletroquímico: Um Novo Avanço no Estudo de Materiais
1. O princípio do ânodo sacrificial: controlar a corrosão de uma forma selecionada
O método de gravação eletroquímica sugerido pela Arizona State University separa suporte e componentes fazendo o seguinte:
Acionamento com diferença de potencial: Uma bateria primária é feita em solução de ácido nítrico usando aço carbono (grau E =-0.44V) como suporte e aço inoxidável 304 (grau E =-0.18V) como peça. O aço carbono é oxidado primeiro.
O oxigênio acelerou a reação: Quando o oxigênio bolha é adicionado, a taxa de corrosão aumenta 6 vezes, e o suporte de aço carbono com 7 mm de espessura pode ser totalmente dissolvido em 6 horas sem danificar a superfície do aço inoxidável.
2. O processo de Hirtização: um grande avanço na limpeza automatizada de pó
Com tratamento eletroquímico de três{0}}estágios, o equipamento H3000 da RENA Technologies oferece suporte totalmente automático.
Estágio de polimento bruto: Usando pulsos eletroquímicos e dinâmica de fluidos, a rugosidade inicial é diminuída de Ra100 μm para Ra10 μm, e 99% do resíduo de pó é removido.
Estágio de polimento fino: a tecnologia para remoção química-assistida por partículas reduz a rugosidade para Ra2 μm, o que é aceitável para a aviação.
Estágio opcional de polimento de ultra-precisão: pode criar um efeito de espelho com Ra0,5 μm para usos-de alta tecnologia, como componentes ópticos.
Na indústria médica, este procedimento funcionou muito bem. Por exemplo, o polimento mecânico padrão leva 4 horas e deixa arranhões, enquanto o processo de Hirtização leva apenas 45 minutos e uniformiza a rugosidade da superfície três vezes melhor.
4, Matriz de seleção de tecnologia: um guia para tomar decisões com base em cenários
Tipo de tecnologia, situações onde pode ser utilizada, prós e contras
Ferramentas manuais para desmontar formas simples, componentes que não precisam ser muito precisos, peças baratas, peças fáceis de usar, peças que podem quebrar e peças que não são muito eficientes
As máquinas-ferramentas CNC são muito precisas para fresar peças de superfície complicadas, com uma precisão de ± 0,01 mm. Isso torna o equipamento muito caro e desperdiça muitos materiais.
O pó de limpeza vibratório possui um canal de fluxo interno e uma construção com orifício cruzado que não toca em nada. Também possui limite de abertura automático e consome muita energia.
Impressão sem suporte com uma pequena saliência angular, sem pós-{0}}processamento na produção em massa, alta taxa de consumo de material, alto limite de equipamento e difícil depuração de parâmetros
Gravura eletroquímica de materiais mistos, peças de precisão não{0}destrutivas, muita automação, gerenciamento químico complicado e muito dinheiro para começar