Είναι εφικτή η διαλυτή υποστήριξη σε μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση;

1. Τεχνική αρχή: Θυσιαστική άνοδος για ηλεκτροχημική ανακάλυψη
Η μέθοδος θυσιαστικής προστασίας ανόδου, η οποία χρησιμοποιεί τη διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο μετάλλων στον ηλεκτρολύτη για να προκαλέσει επιλεκτική διάβρωση, είναι η βάση για την τεχνολογία διαλυτής υποστήριξης. Στη μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση, αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται με έναν νέο τρόπο για τον διαχωρισμό του σώματος από τη δομή στήριξης:
Επιλογή των σωστών υλικών: Χρησιμοποιήστε μέταλλα που δεν σκουριάζουν (όπως ο ανοξείδωτος χάλυβας) για τα εξαρτήματα και μέταλλα που σκουριάζουν (όπως ο χάλυβας χαμηλής-άνθρακας) για τα στηρίγματα. Για παράδειγμα, η ομάδα του Πανεπιστημίου της Αριζόνα χρησιμοποίησε ένα μείγμα από ανοξείδωτο χάλυβα AISI 431 (για εξαρτήματα) και χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα Metco 91 (για στηρίγματα) για να κάνει τα στηρίγματα να διαλύονται σε νιτρικό οξύ χωρίς να βλάπτουν τις επιφάνειες των εξαρτημάτων.
Ηλεκτροχημική ταχύτητα-αύξηση: Η χρήση απλού νιτρικού οξέος προκαλεί τη διάβρωση πιο αργά (διαλύει μόνο 1,4 mm ανθρακούχου χάλυβα σε 10 ώρες), αλλά η προσθήκη φυσαλίδων οξυγόνου την κάνει να συμβαίνει 6 φορές πιο γρήγορα. Το οξυγόνο διασπά το στρώμα παθητικοποίησης στην επιφάνεια του ανθρακούχου χάλυβα, επιταχύνει την ανάπτυξη του ρεύματος διάβρωσης και διαλύει πλήρως τα τελευταία 7 mm ανθρακούχου χάλυβα σε 6 ώρες.
Έλεγχος που είναι επιλεκτικός: Για υλικά στήριξης, οι ηλεκτρολύτες πρέπει να έχουν επιλεκτικότητα διαλυτότητας μεγαλύτερη από 100:1. Για παράδειγμα, το νιτρικό οξύ κατατρώει τον ανθρακούχο χάλυβα πάνω από 1000 φορές πιο γρήγορα από ό,τι στον ανοξείδωτο χάλυβα, πράγμα που σημαίνει ότι το σώμα του εξαρτήματος δεν βλάπτεται.
2. Συμβατότητα Υλικών: Μεταλλουργικοί περιορισμοί και διορθωτικά μέτρα
Για να χρησιμοποιηθεί η διαλυτή υποστήριξη στη βιομηχανία, πρέπει να λυθούν δύο μεγάλα προβλήματα στην επιστήμη των υλικών:
Μεταλλουργική συμβατότητα: Οι ακόλουθες προϋποθέσεις πρέπει να πληρούνται τόσο από τα υλικά στήριξης όσο και από τα συστατικά:
Ομοιότητα δομής κρυστάλλου: για την αποφυγή ρωγμής τάσης διεπαφής που μπορεί να συμβεί όταν οι συντελεστές θερμικής διαστολής είναι διαφορετικοί. Για παράδειγμα, ο χάλυβας χαμηλών ανθρακούχων-και ο ανοξείδωτος χάλυβας έχουν και οι δύο κυβικές δομές με επίκεντρο-μετώπες και διαφορά συντελεστή θερμικής διαστολής μικρότερη από 10%. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να χειριστούν αλλαγές υψηλής θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης.
Μείνετε μακριά από διαμεταλλικές ενώσεις: Ορισμένοι συνδυασμοί υλικών, όπως το τιτάνιο και τα κράματα αλουμινίου, είναι πιο πιθανό να γίνουν εύθραυστοι σε υψηλές θερμοκρασίες. Για να αποφύγετε αυτό, πρέπει να ρυθμίσετε τις παραμέτρους της διαδικασίας ή να δημιουργήσετε ένα ενδιάμεσο επίπεδο.
Επέκταση του συστήματος υλικών: Η τρέχουσα έρευνα έχει δείξει ότι το σύστημα ανοξείδωτου-ανθρακούχου χάλυβα είναι δυνατό και πρέπει να γίνουν περαιτέρω συνδυασμοί υλικών στο μέλλον.
Κράμα υψηλής-θερμοκρασίας: Το Inconel 718 και ορισμένα θυσιαστικά υλικά ανόδου μπορούν να χρησιμοποιηθούν μαζί για την κατασκευή εξαρτημάτων θερμού άκρου για κινητήρες αεροσκαφών.
Κράμα τιτανίου: Με την ακριβή ρύθμιση-του τύπου ηλεκτρολύτη, το Ti6Al4V και το διαλυτό στήριγμα μπορούν να συνεργαστούν.
Πυρίμαχα μέταλλα: Για να αφαιρέσουμε τη στήριξη από μέταλλα υψηλού-σημείου τήξης- όπως το βολφράμιο και το ταντάλιο, πρέπει να δημιουργήσουμε ηλεκτροχημικά συστήματα που λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες.
3, Βελτιστοποίηση διαδικασίας: κάνοντας το άλμα από το εργαστήριο στη γραμμή παραγωγής
Για να βιομηχανοποιηθεί η τεχνολογία διαλυτής υποστήριξης, πρέπει να ξεπεραστούν τρία σημαντικά σημεία συμφόρησης στη διαδικασία:
Βελτίωση της απόδοσης της διάβρωσης: Ηλεκτροχημική τεχνολογία παλμών: Βοηθά στην απομάκρυνση των προϊόντων διάβρωσης και σταματά το σχηματισμό στρωμάτων παθητικοποίησης ενεργοποιώντας και απενεργοποιώντας το ρεύμα. Για παράδειγμα, η παλμική τάση μπορεί να κάνει τον ανθρακούχο χάλυβα να διαβρωθεί τρεις φορές πιο γρήγορα.
Βοήθεια υπερήχων: Η προσθήκη υπερηχητικών κυμάτων στον ηλεκτρολύτη επιταχύνει τη μεταφορά μάζας προκαλώντας σπηλαίωση, η οποία μειώνει το χρόνο διάβρωσης κατά περισσότερο από 50%.
Ποιοτικός έλεγχος της επιφάνειας:
Σύστημα κυκλοφορίας ηλεκτρολυτών: Η άντληση ηλεκτρολυτών που κυκλοφορούν εμποδίζει την επιδείνωση της τραχύτητας της επιφάνειας, αποτρέποντας τις τοπικές αποκλίσεις στη συγκέντρωση. Για παράδειγμα, μια δεξαμενή διάβρωσης ψεκασμού μπορεί να κάνει την επιφάνεια των αντικειμένων λιγότερο τραχιά, από Ra10 μ m έως Ra2 μ m.
Γυάλισμα μετά την επεξεργασία: Η ηλεκτροχημική διάβρωση, μαζί με μεθόδους χωρίς επαφή-όπως η μαγνητορεολογική στίλβωση, μπορεί να κάνει μια επιφάνεια τόσο λεία όσο ένας καθρέφτης (Ra<0.1 μ m).
Αυτοματοποιημένη ενσωμάτωση:
Σύστημα εύρεσης πραγμάτων στο διαδίκτυο: Το βιομηχανικό CT επιτρέπει-παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο των υπολειμμάτων υποστήριξης και δυναμική προσαρμογή των παραμέτρων διάβρωσης. Για παράδειγμα, το σύστημα Smart Clean της GE Additive μπορεί να βρει αυτόματα σημεία υποστήριξης και να βελτιώσει την κατανομή της πυκνότητας ρεύματος.
Έλεγχος κλειστού βρόχου: Χρησιμοποιήστε μεθόδους μηχανικής εκμάθησης για να αναπτύξετε ένα μοντέλο που προβλέπει τον ρυθμό διάβρωσης, ώστε οι παράμετροι της διαδικασίας να μπορούν να αλλάξουν αυτόματα. Αφού μια εταιρεία αεροσκαφών χρησιμοποίησε αυτή την τεχνική, το ποσοστό αφαίρεσης υποστήριξης αυξήθηκε από 70% σε 99%.
4. Προοπτικές βιομηχανικής εφαρμογής: από πολύπλοκες κατασκευές στη μαζική παραγωγή
Στην πραγματική-παγκόσμια παραγωγή, η τεχνολογία διαλυτής υποστήριξης έχει αποδειχθεί αρκετά χρήσιμη:
Στον αεροδιαστημικό τομέα, η GE Aviation χρησιμοποιεί εκτύπωση διαλυτής υποστήριξης για την κατασκευή του θαλάμου καύσης Inconel 718. Αυτό μειώνει τον χρόνο που χρειάζεται για την αφαίρεση του στηρίγματος από 40 ώρες σε 8 ώρες και δεν υπάρχουν σημάδια μηχανικής βλάβης στην επιφάνεια.
Ένας κατασκευαστής δορυφόρων έχει εκτυπώσει με επιτυχία έναν εναλλάκτη θερμότητας με 2000 μικροκανάλια χρησιμοποιώντας τεχνολογία διαλυτής υποστήριξης. Τα κανάλια έχουν πλάτος μόνο 0,5 mm και το ποσοστό υπολειμμάτων σκόνης είναι μικρότερο από 0,1%.
Ιατρικά εμφυτεύματα: Εξατομικευμένη άρθρωση ισχίου: Η Johnson&Johnson Medical χρησιμοποιεί διαλυτή υποστήριξη για την εκτύπωση αρθρώσεων ισχίου Ti6Al4V με τραχύτητα επιφάνειας Ra0,8 μ m. Αυτό πληροί τα πρότυπα ορθοπεδικών εμφυτευμάτων και αποφεύγει τις δυσκολίες με τη σκλήρυνση της επιφάνειας που μπορεί να συμβεί με την παραδοσιακή μηχανική κατεργασία.
Οδοντικά εμφυτεύματα: Μια οδοντιατρική εταιρεία μείωσε τον χρόνο που χρειάζεται για την εκτύπωση εμφυτευμάτων από τρεις ημέρες σε μία ημέρα χρησιμοποιώντας τεχνολογία διαλυτής υποστήριξης. Αυτό έχει μειώσει τις τιμές κατά 40%.
Κατασκευή καλουπιών: Ένα εύκαμπτο καλούπι ψύξης κατασκευάζεται με συνδυασμό χάλυβα καλουπιού (όπως το H13) με ένα διαλυτό στήριγμα. Αυτό σας επιτρέπει να εκτυπώνετε πολύπλοκα κανάλια ψύξης. Όταν αυτή η τεχνική χρησιμοποιήθηκε σε ένα συγκεκριμένο εργοστάσιο καλουπιών αυτοκινήτων, η απόδοση ψύξης του καλουπιού αυξήθηκε κατά 30% και ο χρόνος που χρειάστηκε για την κατασκευή ενός καλουπιού μειώθηκε κατά 25%.