Kas lahustuv tugi on metallist 3D-printimisel teostatav?

1. Tehniline põhimõte: ohverdatav anood elektrokeemiliseks läbimurdeks
Ohverdava anoodi kaitsemeetod, mis kasutab selektiivse korrosiooni tekitamiseks elektrolüüdis kahe metalli potentsiaali erinevust, on lahustuva tugitehnoloogia aluseks. Metallist 3D-printimisel kasutatakse seda tehnikat uudsel viisil detaili korpuse eraldamiseks kandekonstruktsioonist:
Õigete materjalide valimine: kasutage osade jaoks metalle, mis ei roosteta (nt roostevaba teras), ja tugede jaoks roostetavaid metalle (nt madala süsinikusisaldusega terast{0}}). Näiteks kasutas Arizona osariigi ülikooli meeskond roostevaba terase AISI 431 (osade jaoks) ja madala süsinikusisaldusega terase Metco 91 (tugede jaoks) segu, et toed lahustuksid lämmastikhappes ilma osade pindu kahjustamata.
Elektrokeemiline kiirus-: lihtsalt lämmastikhappe kasutamine põhjustab korrosiooni aeglasemalt (see lahustab 10 tunniga ainult 1,4 mm süsinikterast), kuid hapnikumullide lisamine muudab selle toimumiseks kuus korda kiiremini. Hapnik lõhustab süsinikterase pinnal oleva passivatsioonikihi, kiirendab korrosioonivoolu teket ja lahustab 6 tunniga täielikult viimased 7 mm süsinikterast.
Kontroll, mis on selektiivne: tugimaterjalide puhul peab elektrolüütide lahustuvuse selektiivsus olema suurem kui 100:1. Näiteks lämmastikhape sööb süsinikterase ära üle 1000 korra kiiremini kui roostevaba teras, mis tähendab, et komponendi keha ei kahjustata.
2. Materjalide ühilduvus: metallurgilised piirangud ja abinõud
Lahustuva toe kasutamiseks tööstuses tuleb materjaliteaduses lahendada kaks suurt probleemi:
Metallurgiline ühilduvus: nii tugimaterjalide kui ka komponentide materjalid peavad vastama järgmistele tingimustele:
Kristalli struktuuri sarnasus: vältida liidese pingete pragunemist, mis võib juhtuda, kui soojuspaisumistegurid on erinevad. Näiteks madala süsinikusisaldusega terasel ja roostevabal terasel on mõlema pinnaga-keskne kuubikujuline struktuur ja soojuspaisumisteguri erinevus on alla 10%. See tähendab, et nad saavad metallist 3D-printimise ajal hakkama kõrgete temperatuurimuutustega.
Hoiduge intermetallilistest ühenditest: mõned materjalide kombinatsioonid, nagu titaani ja alumiiniumi sulamid, muutuvad kõrgel temperatuuril tõenäolisemalt hapraks. Selle vältimiseks peate reguleerima protsessi parameetreid või konstrueerima vahekihi.
Materjalisüsteemi laiendamine: praegused uuringud on näidanud, et roostevabast terasest -süsinikterasest süsteem on võimalik ja tulevikus tuleb teha täiendavaid materjalide kombinatsioone.
Kõrge{0}}temperatuuriline sulam: Inconel 718 ja teatud kaitseanoodi materjale saab kasutada koos õhusõidukite mootorite kuumade osade valmistamiseks.
Titaanisulam: elektrolüüdi valemi{0}}peenhäälestamisel võivad Ti6Al4V ja lahustuv tugi koos töötada.
Tulekindlad metallid: toe eemaldamiseks kõrgel -sulamistemperatuuriga-metallidelt, nagu volfram ja tantaal, peame looma elektrokeemilisi süsteeme, mis töötavad kõrgel temperatuuril.
3, protsessi optimeerimine: hüppamine laborist tootmisliinile
Lahustuva tugitehnoloogia industrialiseerimiseks tuleb ületada kolm olulist protsessi kitsaskohta:
Korrosiooni efektiivsuse parandamine: Impulsselektrokeemiline tehnoloogia: aitab eemaldada korrosiooniprodukte ja peatab passivatsioonikihtide moodustumise, lülitades voolu sisse ja välja. Näiteks võib impulsspinge panna süsinikterase korrodeeruma kolm korda kiiremini.
Ultraheli abi: ultrahelilainete lisamine elektrolüüdile kiirendab massiülekannet, põhjustades kavitatsiooni, mis vähendab korrosiooniaega rohkem kui 50%.
Pinna kvaliteedikontroll:
Tsirkuleerivate elektrolüütide süsteem: Tsirkuleerivate elektrolüütide pumpamine hoiab ära pinna kareduse süvenemise, vältides lokaalseid kontsentratsiooni erinevusi. Näiteks võib pihustuskorrosioonipaak muuta esemete pinna vähem karedaks, alates Ra10 μm kuni Ra2 μm.
Poleerimine pärast töötlemist: elektrokeemiline korrosioon koos mittekontaktsete meetoditega, nagu{0}}magnetorheoloogiline poleerimine, võivad muuta pinna sama siledaks kui peegel (Ra<0.1 μ m).
Automaatne integreerimine:
Süsteem asjade veebist leidmiseks: tööstuslik CT võimaldab reaalajas jälgida-tugijääke ja korrosiooniparameetreid dünaamiliselt reguleerida. Näiteks võib GE Additive'i Smart Clean süsteem automaatselt leida tugipunkte ja parandada voolutiheduse jaotust.
Suletud ahela juhtimine: kasutage masinõppe meetodeid, et töötada välja mudel, mis ennustab korrosioonikiirust, nii et protsessi parameetreid saab automaatselt muuta. Pärast seda, kui üks lennukifirma seda tehnikat kasutas, tõusis toetuse eemaldamise määr 70%-lt 99%-le.
4. Tööstusliku rakenduse väljavaated: keerulistest struktuuridest masstootmiseni
Reaalses{0}}tootmises on lahustuv tugitehnoloogia osutunud üsna kasulikuks.
Lennundusvaldkonnas kasutab GE Aviation Inconel 718 põlemiskambri valmistamiseks lahustuvat tugitrükki. See vähendab toe eemaldamiseks kuluvat aega 40 tunnilt 8 tunnini ja pinnale ei jää mehaaniliste kahjustuste jälgi.
Satelliiditootja on edukalt printinud 2000 mikrokanaliga soojusvaheti, kasutades lahustuvat tugitehnoloogiat. Kanalid on vaid 0,5 mm laiad ja pulbri jääkide määr on alla 0,1%.
Meditsiinilised implantaadid: isikupärastatud puusaliiges: Johnson&Johnson Medical kasutab Ti6Al4V puusaliigeste trükkimiseks lahustuvat tuge pinnakaredusega Ra0,8 μm. See vastab ortopeediliste implantaatide standarditele ja väldib raskusi pinna kõvenemisega, mis võivad tekkida traditsioonilise töötlemisega.
Hambaimplantaadid: hambaraviettevõte on lahustuva tugitehnoloogia abil lühendanud implantaatide printimiseks kuluvat aega kolmelt päevalt ühele päevale. See on langetanud hindu 40%.
Vormide valmistamine: painduv jahutusvorm valmistatakse vormiterase (nagu H13) kombineerimisel lahustuva kandjaga. See võimaldab printida keerulisi jahutuskanaleid. Kui seda tehnikat kasutati teatud autovormide tehases, tõusis vormi jahutuse efektiivsus 30% ja vormi valmistamise aeg vähenes 25%.