¿Cuáles son las formas habituales de admitir la impresión 3D en metal?

一, Soporte mecánico tradicional: encontrar un equilibrio entre daño y eficiencia
1. Desarmar herramientas a mano: fácil pero peligroso
Para los elementos geométricos elementales, la gente todavía utiliza principalmente instrumentos manuales como alicates y pinzas. Por ejemplo, mientras imprime un impulsor de aleación de titanio, el operador tiene que despegarlo lentamente a lo largo de la línea donde se unen el soporte y las secciones. Sin embargo, este proceso tiene algunos problemas importantes:
Concentración de tensión en el punto de contacto: las herramientas pueden provocar fácilmente deformaciones o incluso roturas en construcciones de paredes delgadas-o en voladizo cuando ejercen presión sobre ellas. En una situación que involucraba un inyector de combustible para un motor de aviación, quitar el soporte con la mano provocó microfisuras en un área con un espesor de pared de 0,3 mm, y la tasa de desperdicio final fue del 15%.
Daños en la superficie: Después de fundirse a altas temperaturas, el polvo metálico se adhiere firmemente al soporte. El pelado forzado generalmente deja rayones o hoyos. Cuando se retira el soporte manual para implantes médicos, la rugosidad de la superficie (valor Ra) es generalmente superior a 10 μm, lo que es mucho mayor que el requisito clínico de 2 μm.
2. Mecanizado CNC: el equilibrio entre precisión y coste
El fresado CNC es ahora la mejor manera de fabricar piezas de alta-precisión. Un centro de mecanizado de varillaje de cinco-ejes de EOS, una empresa alemana, puede eliminar el soporte residual hasta un nivel de 0,01 mm. Pero hay dos grandes problemas con esta tecnología:
Desperdicio de material: Para ahorrar tiempo de mecanizado, se deben utilizar más materiales durante el diseño de la pieza. Esto significa que sólo se utiliza del 20% al 30% del polvo.
Umbral para el equipo: las máquinas herramienta CNC-de alta gama cuestan más de un millón de dólares, lo que es demasiado para que lo paguen las pequeñas y medianas-empresas. Esto dificulta que la tecnología se utilice más ampliamente.
3. Limpieza mediante vibración y flujo de aire: la última línea de defensa para estructuras complicadas
Para lugares a los que es difícil llegar para las máquinas, como canales de flujo internos u orificios transversales, la limpieza en polvo necesita una combinación de vibración y flujo de aire a alta-presión. El sistema TCB-100 de Zhejiang Tuobo puede eliminar más del 95 % del polvo sobrante mediante el uso de vibración de rotación tridimensional de 360 ​​grados y aire comprimido de 0,6 MPa. Pero esta estrategia dificulta el diseño de estructuras de soporte:
Limitación de la apertura: si el diámetro del canal de flujo es inferior a 2 mm, es probable que el polvo permanezca unido debido a la acción capilar. Para limpiarlo se necesita limpieza con polvo ultrasónico.
Problema con el uso de energía: la mesa vibratoria funciona durante 8 horas seguidas y consume 15 kWh de electricidad, lo que eleva el coste de producción.
2. Técnica de impresión que no es compatible: deshacerse de los problemas con el pos-procesamiento desde el origen
1. Optimización de los parámetros del proceso: control exacto del aporte energético
Velo3D ha podido imprimir pequeñas estructuras angulares con ángulos de entre 5 grados y 35 grados sin soporte cambiando la potencia del láser y el tamaño del punto sobre la marcha. La idea principal es:
Gestión del aporte de calor: para evitar que la piscina derretida se caliente demasiado y colapse, reduzca la densidad de potencia en la región colgante a 80 W/mm² (el proceso habitual es 120 W/mm²).
Nueva forma de dispersar el polvo: el espesor de la capa de polvo se puede regular dentro de ± 5 μm rociando el polvo a través de un embudo frontal y recuperándolo mediante un dispositivo de succión trasero. De esta manera, se reduce la demanda de apoyo.
2. Un sistema de retroalimentación en tiempo real-: el fin del control de bucle cerrado-
La tecnología Smart Fusion de EOS utiliza cámaras de tomografía óptica (OT) para controlar la temperatura del charco de fusión y algoritmos de inteligencia artificial para cambiar la configuración sobre la marcha. La tecnología reduce el soporte en un 70 % y la tensión residual en un 40 % en la impresión de antenas parabólicas. El avance tecnológico es:
Equilibrio del campo térmico de múltiples-capas: asegúrese de que cada capa reciba la misma cantidad de calor modelando los campos de temperatura pronosticados. Esto evitará que las capas se doblen debido al sobrecalentamiento local.
Biblioteca de parámetros adaptables: para obtener impresión no compatible de inmediato, configure paquetes de proceso separados para cada material (como Inconel 718 o Ti6Al4V).
3, Soporte electroquímico: un nuevo avance en el estudio de materiales
1. El principio del ánodo de sacrificio: controlar la corrosión de forma selectiva
El método de grabado electroquímico sugerido por la Universidad Estatal de Arizona separa el soporte y los componentes haciendo lo siguiente:
Conduzca con una diferencia de potencial: una batería primaria se fabrica en una solución de ácido nítrico utilizando acero al carbono (grado E =-0.44V) como soporte y acero inoxidable 304 (grado E =-0.18V) como pieza. El acero al carbono se oxida primero.
El oxígeno aceleró la reacción: cuando se agrega oxígeno burbujeante, la velocidad de corrosión aumenta 6 veces y el soporte de acero al carbono de 7 mm de espesor se puede disolver por completo en 6 horas sin dañar la superficie de acero inoxidable.
2. El proceso de Hirtización: un gran paso adelante en la limpieza automatizada de polvo
Con un tratamiento electroquímico de tres-etapas, el equipo H3000 de RENA Technologies proporciona soporte totalmente automático.
Etapa de pulido basto: mediante el uso de pulsos electroquímicos y dinámica de fluidos, la rugosidad inicial se reduce de Ra100 μm a Ra10 μm y se elimina el 99% del residuo de polvo.
Etapa de pulido fino: la tecnología de eliminación química asistida por partículas-reduce la rugosidad a Ra2 μm, lo cual es aceptable para la aviación.
Etapa de pulido de ultra-precisión opcional: puede crear un efecto de espejo con un Ra0,5 μm para usos de alta-extremidad, como componentes ópticos.
En la industria médica, este procedimiento ha funcionado muy bien. Por ejemplo, el pulido mecánico estándar dura 4 horas y deja rayones, mientras que el proceso de Hirtización solo dura 45 minutos y uniformiza la rugosidad de la superficie tres veces mejor.
4, Matriz de selección de tecnología: una guía para tomar decisiones basadas en escenarios
Tipo de tecnología, situaciones donde se puede utilizar, pros y contras
Herramientas manuales para desarmar formas simples, componentes que no necesitan ser muy precisos, piezas baratas, piezas fáciles de usar, piezas que son propensas a romperse y piezas que no son muy eficientes.
Las máquinas herramienta CNC son muy precisas para fresar piezas de superficie complicadas, con una precisión de ± 0,01 mm. Esto encarece mucho el equipo y desperdicia muchos materiales.
El polvo limpiador por vibración tiene un canal de flujo interno y una construcción con orificio transversal que no toca nada. También tiene un límite de apertura automático y consume mucha energía.
Impresión sin soporte con un pequeño voladizo en ángulo, sin pos-procesamiento en producción en masa, una alta tasa de consumo de material, un alto umbral de equipamiento y una depuración de parámetros difícil.
Grabado electroquímico de materiales mixtos, piezas de precisión no-destructivas, mucha automatización, gestión química complicada y, para empezar, mucho dinero.