Metal 3D baskıda çözünebilir destek mümkün mü?

1. Teknik prensip: Elektrokimyasal atılım için kurban anot
Seçici korozyona neden olmak için elektrolitteki iki metal arasındaki potansiyel farkından yararlanan kurban anot koruma yöntemi, çözünür destek teknolojisinin temelini oluşturur. Metal 3D baskıda bu teknik, parça gövdesini destekleyici yapıdan ayırmak için yeni bir yöntemle kullanılır:
Doğru malzemeleri seçmek: Parçalar için paslanmayan metaller (paslanmaz çelik gibi), destekler için ise paslanan metaller (düşük-karbonlu çelik gibi) kullanın. Örneğin Arizona Eyalet Üniversitesi ekibi, desteklerin parçaların yüzeylerine zarar vermeden nitrik asit içinde çözünmesini sağlamak için AISI 431 paslanmaz çelik (parçalar için) ve Metco 91 düşük karbonlu çelik (destekler için) karışımı kullandı.
Elektrokimyasal hızlandırma-: Basitçe nitrik asit kullanılması korozyonun daha yavaş gerçekleşmesine neden olur (10 saatte yalnızca 1,4 mm karbon çeliğini çözer), ancak oksijen kabarcıkları eklenmesi korozyonun 6 kat daha hızlı gerçekleşmesini sağlar. Oksijen, karbon çeliğinin yüzeyindeki pasivasyon tabakasını parçalar, korozyon akımının gelişimini hızlandırır ve karbon çeliğinin son 7 mm'lik kısmını 6 saatte tamamen çözer.
Seçici kontrol: Destek malzemeleri için elektrolitlerin çözünürlük seçiciliği 100:1'den fazla olmalıdır. Örneğin nitrik asit, karbon çeliğini paslanmaz çeliğe göre 1000 kat daha hızlı aşındırır, bu da bileşenin gövdesinin zarar görmediği anlamına gelir.
2. Malzemelerin Uyumluluğu: Metalurjik Sınırlamalar ve Çözümler
Çözünür desteğin endüstride kullanılması için malzeme bilimindeki iki büyük sorunun çözülmesi gerekir:
Metalurjik uyumluluk: Hem destekleyici malzemeler hem de bileşen malzemeleri aşağıdaki koşulları karşılamalıdır:
Kristal yapısal benzerlik: Termal genleşme katsayıları farklı olduğunda meydana gelebilecek arayüz stres çatlamasını önlemek için. Örneğin, düşük-karbonlu çelik ve paslanmaz çeliğin her ikisi de yüzey-merkezli kübik yapılara ve %10'dan daha az bir termal genleşme katsayısı farkına sahiptir. Bu, metal 3D baskı sırasında yüksek sıcaklık değişikliklerine dayanabilecekleri anlamına gelir.
Metallerarası bileşiklerden uzak durun: Titanyum ve alüminyum alaşımları gibi bazı malzeme kombinasyonlarının yüksek sıcaklıklarda kırılgan hale gelme olasılığı daha yüksektir. Bunu önlemek için süreç parametrelerini düzenlemeniz veya bir ara katman oluşturmanız gerekir.
Malzeme sisteminin genişletilmesi: Mevcut araştırmalar, paslanmaz çelik-karbon çeliği sisteminin mümkün olduğunu ve gelecekte daha fazla malzeme kombinasyonunun yapılması gerektiğini göstermiştir.
Yüksek-sıcaklık alaşımı: Inconel 718 ve belirli kurban anot malzemeleri, uçak motorları için sıcak uç parçaları yapmak üzere birlikte kullanılabilir.
Titanyum alaşımı: Elektrolit formülünün-ince ayarlanmasıyla Ti6Al4V ve çözünür destek birlikte çalışabilir.
Refrakter metaller: Tungsten ve tantal gibi yüksek-erime- noktalı metallerden gelen desteği ortadan kaldırmak için, yüksek sıcaklıklarda çalışan elektrokimyasal sistemler oluşturmamız gerekir.
3, Proses optimizasyonu: laboratuvardan üretim hattına geçiş yapmak
Çözünür destek teknolojisini sanayileştirmek için üç önemli süreç darboğazının aşılması gerekir:
Korozyon verimliliğinin artırılması: Darbeli elektrokimyasal teknoloji: Akımı açıp kapatarak korozyon ürünlerinin temizlenmesine yardımcı olur ve pasivasyon katmanlarının oluşmasını durdurur. Örneğin, darbeli voltaj karbon çeliğinin üç kat daha hızlı paslanmasına neden olabilir.
Ultrasonik yardım: Elektrolite ultrasonik dalgaların eklenmesi kavitasyona neden olarak kütle transferini hızlandırır, bu da korozyon süresini %50'den fazla azaltır.
Yüzeyin kalite kontrolü:
Dolaşan elektrolitler için sistem: Dolaşan elektrolitlerin pompalanması, yerel konsantrasyon farklılıklarını önleyerek yüzey pürüzlülüğünün kötüleşmesini önler. Örneğin, bir sprey korozyon tankı, Ra10 μm'den Ra2 μm'ye kadar öğelerin yüzeyini daha az pürüzlü hale getirebilir.
İşlemden sonra cilalama: Elektrokimyasal korozyon, manyetoreolojik cilalama gibi -temassız yöntemlerle birlikte, bir yüzeyi ayna kadar pürüzsüz hale getirebilir (Ra)<0.1 μ m).
Otomatik entegrasyon:
İnternetten bir şeyler bulma sistemi: Endüstriyel CT, destekleyici kalıntıların-gerçek zamanlı izlenmesine ve korozyon parametrelerinin dinamik olarak ayarlanmasına olanak tanır. Örneğin GE Additive'in Smart Clean sistemi, destek noktalarını otomatik olarak bulabilir ve akım yoğunluğunun dağılımını iyileştirebilir.
Kapalı döngü kontrolü: Süreç parametrelerinin otomatik olarak değiştirilebilmesi amacıyla korozyon oranını tahmin eden bir model geliştirmek için makine öğrenimi yöntemlerini kullanın. Bir uçak şirketinin bu tekniği kullanmasının ardından destek kaldırma oranı %70'ten %99'a çıktı.
4. Endüstriyel uygulama beklentileri: karmaşık yapılardan seri üretime
Gerçek-dünya üretiminde, çözülebilir destek teknolojisinin oldukça faydalı olduğu görülmüştür:
Havacılık alanında GE Aviation, Inconel 718 yanma odasını yapmak için çözünür destek baskısını kullanıyor. Bu, desteğin çıkarılması için gereken süreyi 40 saatten 8 saate düşürür ve yüzeyde herhangi bir mekanik hasar izi kalmaz.
Bir uydu üreticisi, çözünebilir destek teknolojisini kullanarak 2000 mikrokanallı bir ısı eşanjörünü başarıyla bastı. Kanallar sadece 0,5 mm genişliğindedir ve toz kalıntı oranı %0,1'den azdır.
Tıbbi implantlar: Kişiselleştirilmiş kalça eklemi: Johnson&Johnson Medical, Ti6Al4V kalça eklemlerini Ra0,8 μm yüzey pürüzlülüğüyle basmak için çözünür destek kullanır. Bu, ortopedik implant standartlarını karşılar ve geleneksel işlemede meydana gelebilecek yüzey sertleştirme zorluklarını ortadan kaldırır.
Diş implantları: Bir diş şirketi, çözünür destek teknolojisini kullanarak implantların basılması için gereken süreyi üç günden bir güne indirdi. Bu da fiyatları yüzde 40 oranında düşürdü.
Kalıp yapımı: Kalıp çeliğinin (H13 gibi) çözünür bir destekle birleştirilmesiyle esnek bir soğutma kalıbı yapılır. Bu, karmaşık soğutma kanallarını yazdırmanıza olanak tanır. Bu teknik belirli bir otomobil kalıp fabrikasında kullanıldığında kalıbın soğutma verimliliği %30 arttı, kalıbın yapım süresi ise %25 azaldı.