O suporte ao design afetará os custos de pós{0}}processamento?

1. Ideias básicas que respaldam a relação entre design e custo
O design do suporte de impressão 3D de metal precisa encontrar um compromisso entre "moldagem estável" e "eficiência de custos". As principais ideias por trás disso estão diretamente ligadas às despesas de pós-processamento:
A ideia por trás da limitação da área de contato
Existem três tipos de contato entre o suporte e as peças: contato de superfície, contato de linha e contato pontual. O contato superficial pode tornar as coisas mais estáveis, mas torna o pós--processamento muito mais difícil. Por exemplo, braquetes de liga de titânio para aviação com design de contato superficial têm uma área de suporte residual de 12 cm², que precisa de 5 horas de polimento manual para atender ao requisito de rugosidade superficial de Ra1,6 μm. Com design de ponto de contato, a área residual é de apenas 2,3cm² e o tempo de polimento mecânico é de apenas 40 minutos. O trabalho da Suzhou Tianhong Laser demonstra que para cada diminuição de 1 cm² na área de contato, o tempo necessário para o pós{11}}processamento pode ser reduzido em 15% a 20%.
Controle exato do ângulo crítico
vários processos têm vários ângulos críticos de suspensão: O processo SLM normalmente precisa de suporte para estruturas que estão penduradas a menos de 30 graus, enquanto o processo EBM pode afrouxar o ângulo crítico para 35 graus porque derrete em altas temperaturas. O método de digitalização adaptativa da Leiming Laser tornou possível imprimir estruturas suspensas sem suporte em ângulos minúsculos de 5 a 35 graus, alterando a densidade de potência do laser em tempo real. Isso reduziu em 78% o número de materiais de suporte necessários e em 65% o custo de pós-{7}}processamento.
A ideia de economizar materiais
O preço do pó metálico pode chegar a milhares de yuans por quilograma, e o desperdício de materiais de apoio aumenta imediatamente os preços. Usando a liga à base de níquel-Inconel 718 como exemplo, o projeto de suporte padrão leva a uma taxa de desperdício de até 18%, enquanto a estrutura de suporte-em forma de árvore criada pela otimização da topologia pode manter a taxa de desperdício abaixo de 5%. Um exemplo de peça de motor de aeronave ilustra que o projeto de suporte aprimorado reduz o custo de uma única peça de material de 2.300 yuans para 850 yuans, uma queda de 63%.
2. Elementos-chave que suportam custos de pós-processamento-orientados pelo design
Apoiando o risco de lesões físicas duradouras
Defeitos teciduais podem ocorrer quando o suporte e a interface do componente apresentam diferentes quantidades de estresse térmico. Ao imprimir com aço inoxidável 316L, cristais colunares grossos podem se formar onde o suporte da grade encontra o sólido. Isso torna a área 15% a 20% mais macia e reduz a resistência à fadiga em 40%. Para se livrar desses perigos ocultos, o procedimento de tratamento térmico precisa ser mais longo, o que significa que o custo do pós--processamento de uma peça aumentará de 120 a 180 yuans.
O problema de tornar acessível suporte estrutural complicado
O disco da turbina em um motor de aviação possui um diâmetro de canal interno de apenas 2 mm. O projeto de suporte padrão faz com que a seção do canal seja distorcida em mais de 8%, o que precisa ser corrigido por meio de dissolução eletroquímica. Esta técnica necessita de uma solução de ácido nítrico a 41% em peso para ser tratada a 80 graus por 6 horas. O custo de um agente é de 350 yuans e há uma chance de uniformidade de corrosão.
A despesa oculta de ter que fazer as coisas manualmente
Dados da linha de produção automatizada BMW IDAM mostram que ainda é necessária intervenção manual para ajudar no processo de remoção, que ocupa 35% do total de horas de pós{1}}processamento. O custo da mão de obra chega a 2,8 milhões de yuans por ano para uma linha de produção que produz 10 mil peças por ano. O sistema de robô NetShape da Rivelin Robotics usa controle de feedback de força para atingir uma precisão de força de contato de nível 0,1N. Isto reduz a necessidade de intervenção manual para menos de 5% e poupa mais de 2 milhões de yuans por ano.
3. Estratégias de fronteira que ajudam na otimização do design
Estrutura que pode ser independente graças ao design generativo
Com a ajuda de técnicas de aprendizado de máquina, o software Autodesk Netfabb pode construir automaticamente estruturas de suporte de rede biomimética. Este método reduziu o peso de um suporte de satélite em 85% e eliminou a necessidade de suporte tradicional. Ela também mudou o procedimento de pós{3}}processamento de processamento mecânico para tratamento térmico simples e reduziu o custo de uma única peça em 1.200 yuans.
Trabalhando juntos para criar novas ideias para sistemas multi-materiais
A tecnologia de suporte bimetálico da Belgian Materialise utiliza o fato de que o Inconel 718 e o ferro puro oxidam em taxas diferentes a 800 graus para remover automaticamente o suporte. Esse método reduz a quantidade de suporte restante para menos de 0,01 mm, reduz o tempo necessário para pós-{4}}processamento de 48 horas para 8 horas e economiza 650 yuans por peça.
Controle de circuito fechado de rastreamento de processos
Câmeras de alta-velocidade e sensores infravermelhos no sistema Siemens Process Sight monitoram o formato da poça de fusão em tempo real. Quando existe a possibilidade de não haver suporte suficiente, as configurações do laser são alteradas automaticamente ou é criado suporte extra. Ao imprimir uma peça complicada de canal de fluxo, a tecnologia reduziu a taxa de defeitos devido ao suporte de 18% para 0,3%, o que economizou mais de 500.000 yuans por ano em despesas de retrabalho.