Desteklerin eklenmesi ve çıkarılması, metal katkılı imalat (AM) sırasında uzun süredir zorlu bir iştir. Örnek olarak doğrudan metal lazer sinterleme (DMLS) alındığında, termal stresin neden olduğu deformasyonu önlemek ve ısıyı erimiş havuzdan uzaklaştırmak için modelin baskıdan önce destek yapıları ile önceden ayarlanması gerekir. Bu braketler bir bütün olarak tasarım ve imalatın bir parçasıdır. İnşaattan sonra, destek yapısı sökülmüş ve atılmıştır. Destekler olmadan, konsollu yapıları belirli bir eğim açısının (genellikle yaklaşık 45 derece) altında basmak zordur, bu genellikle metal 3D baskı sistemlerinin kullanıcılarının seçeneklerini sınırlar ve aynı zamanda birçok ekipman OEM'ini ve katkı üretim yazılımı şirketini de beraberinde getirir. büyük bir meydan okuma.
Yukarıdaki sorunları çözmek için, EOS şirketi Additive Minds'tan uzmanlar, stator halkaları, muhafazalar, turbo pompalar, yağ tankları, ısı eşanjörleri, valfler ve çarklar gibi destek yapıları olmaksızın 3D baskılı parçalar üretmek için çeşitli süreç optimizasyon teknikleri geliştirdiler. kapalı çark daha tipik durumlardan biridir. Optimize edilmiş tasarım yazılımı ve parametre paketleri aracılığıyla EOS, kullanıcıların çok daha az destek gerektirerek veya hiç destek gerektirmeden daha düşük açılarda (bazen sıfır bile) konsol ve köprüler yazdırmasını sağlar.
Desteklenmeyen eklemeli üretim, ek desteğin kaldırılması gerekmediği için işlem sonrası aşamada da çok zaman kazandırır. El ile kaldırma durumunda, bu aynı zamanda çalışanların diğer işler için zaman ve enerjisini de boşaltır. Destek yapısı olmayan parçaların üretimi, hiçbir şey atılmadığı ve parça ve destek tasarımının tüm yönleri gerekli olduğu için malzeme israfını da azaltır. Ancak bu kolay bir süreç değil ve yazılım tasarım uzmanları ve üreticileri yıllardır desteksiz tasarımın zorluğu üzerinde çalışıyorlar.
Bu makalede, temel olarak EOS uzmanlarının pervaneyi oluşturmak için desteklenmeyen yöntemi nasıl kullandığı gösterilmektedir. Kapalı veya örtülü çarklar birçok endüstride kullanılır ve boyut, şekil, malzeme ve performans gereksinimleri açısından büyük farklılıklar gösterir. Kapalı çarklar genellikle yüksek dönüş hızları, yüksek düzeyde aşındırıcı ortamlar ve aşırı sıcaklıkların neden olduğu mekanik yükler gibi aşırı koşullara maruz kalır. Örneğin, uzay roketlerindeki turbo pompa uygulamaları, mikro türbinlerdeki sıkıştırma sistemleri ve petrol ve gaz uygulamalarında deniz suyu pompaları.
Geleneksel metal 3D baskıda tasarım gereksinimlerini destekleyin
Desteklerle 3D baskılı parçalar tasarlamak, eklemeli üretime (AM) standart bir yaklaşım olmuştur. Desteklerin sayısı, boyutu ve konumu bir dizi faktör tarafından belirlenir:
Yazdırma sırasında kalan gerilimler 3D modelin deformasyonuna neden olabilir. Bu deformasyonu fiziksel olarak önlemek için destekler eklenebilir;
Parçanın ara yapısını etkileyen yeniden kaplamanın kesintiye uğraması, parçayı titretebilir veya hasara neden olarak başarısız bir iş ile sonuçlanabilir. Braketler, parçaları yeniden kaplayıcının herhangi bir etkisinden korumak için kullanılır;
Destekler aracılığıyla ısı transferi, yapım sürecinde parçaların soğumasını ve daha hızlı ve daha başarılı bir şekilde oluşmasını sağlar.
Bir 3D yazıcının parçaları oluşturmasını ve başarılı bir şekilde üretmesini sağlamak için destek tasarımını etkileyen çeşitli nedenlerin dikkate alınması gerekir:
Parça oryantasyonu, parçanın ne kadarının desteklenmesi gerektiğini belirler. Tipik olarak, parçalar baskı plakası üzerinde daha büyük bir yüzey alanı olmayacak şekilde yönlendirilirse, yukarıdaki faktörleri telafi etmek için daha fazla destek gerekir.
45 derece veya daha az olan çıkıntıların genellikle destek yapıları gerektirdiği kabul edilir.
Kanallar ve delikler, boyutlarına ve etkisiz yönlendirilip yönlendirilmemelerine bağlı olarak desteksiz olarak deforme olabilir.
Model tasarımı
Doğru uzmanlık ve yaratıcı problem çözme becerileri ile donanmış olan EOS'taki ekip, başarılı sonuçlarla, "düşük düşüşler destek eklemeli" önyargılı fikrini paramparça ederek, model tasarlamak ve oluşturmak için yeni yollar geliştirdi. DMLS işleminin desteklenmeyen yapısını ve yeteneklerini göstermek için bu makalede kullanılan çark, EOS Additive Minds tarafından 150 mm çapında ve 10 dereceye kadar sarkma açılarına sahip 12 kanatlı olarak tasarlanmıştır.
Üye eğim yönü ve destek yapısı
Çarklar, çıkarılması zor olduğu için iç desteklerden kaçınmak için genellikle eğimli bir yönde yazdırılır. Bununla birlikte, bu yönlendirme tipik olarak daha uzun yapım sürelerine, düzensiz yüzey kalitesine ve parçanın yuvarlaklığının zarar görmesine neden olur. Düzlemsel yönlendirme, daha kısa yapım süreleri, daha iyi yuvarlaklık ve doğruluk ve parça genelinde daha homojen bir yüzey kalitesi gibi çeşitli avantajlar sunar. Ancak, düşük kullanma mesafeleri genellikle çok fazla destek gerektirir. Mevcut DMLS işlemi için, 35 dereceden daha küçük olan daha büyük kullanma mesafelerinin desteklenmesi gerekir. Yeniden kaplama kuvvetlerini ve dahili parça stresini telafi etmek için erimiş havuzdan ısıyı dağıtmak için destekler gereklidir.
Desteklenmeyen tasarım optimizasyonu
EOS, gelişmiş model tasarım tekniklerinden yararlanarak dahili destek ekleme ihtiyacını önemli ölçüde azaltır. Eklemeli üretim sürecinin tasarım optimizasyonu da baskının başarısıyla ilgili bir diğer önemli husustur. İç destek, öncelikle ayarlanmış maruz kalma stratejilerinin kullanılmasıyla önlenebilirken, dış destek yapılarına hala ihtiyaç duyulmaktadır.
Bu makalenin çark durumunda, sağlam bir dolgu kullanmak yerine, güçlü bir platform bağlantısı sağlamak ve inşaat sırasında deformasyonu önlemek için parçanın alt kısmı kendinden destekli kemerler ve ince duvarlar kullanılarak modifiye edilmiştir. Bu, yüksek mukavemet ve gelişmiş işlenebilirlik sağlarken geleneksel stentlere göre daha az malzeme kullanımına izin verir. Pervanenin dış çapı, inşa edildiğinde parçaya daha fazla sertlik sağlamak ve çıkış kenarında geometrik doğruluk kaybını önlemek için kapalıdır. Bu çark için gelişmiş bir tasarım, makine tarafından optimize edilmiş ve dahili destek olmadan kendi kendini desteklerken yüzde 15 malzeme azalması sağlar.
Süreç Optimizasyonu
Çark, sözde yüksek enerjili DownSkin yöntemi (sarkan yüzeyler oluşturmak için kullanılan maruz kalma türü) kullanılarak oluşturulur. Esasen bu yöntem, diğer DownSkin parametrelerini ayarlarken lazer gücünü artırarak DownSkin maruziyetinin enerji yoğunluğu girdisini arttırır. Bu, özellikle gevşek tozlar üzerinde çıkıntılar inşa ederken daha büyük ama daha kararlı bir eriyik havuzu üretir. Bu yöntem, çark yapımında sıklıkla kullanılan birçok malzeme için başarıyla kullanılmıştır (örn. Ti64, 316L, AlSi10Mg, In718, vb.).
Bu nedenle tüm kritik açıların bu optimize edilmiş parametreden faydalanması sağlanabilir. Diğer desteklenmeyen teknolojilerin aksine, yüksek enerjili DownSkin yaklaşımı, destekten kaçınmak için yapım hızından ve dolayısıyla iş gerekçesinden ödün vermez.
Herhangi bir karşı önlemin yokluğunda, yüksek enerjili DownSkin yöntemi, derin kaynak havuzu nedeniyle DownSkin bölgesinde z-yönünde büyük boyutlu parçalara neden olabilir. Parçalar, işleme sonrası veya tasarımda ince ayar yapılarak doğru boyuta ayarlanabilir. DownSkin de nispeten pürüzlüdür, ancak pürüzlülük eşittir, bu da aşındırıcı akışlı işleme gibi toplu yüzey bitirme tekniklerine yardımcı olur. Ayrıca neredeyse hiç gözeneklilik yoktur (aşağıdaki resme bakın), gözeneklilik DownSkin ile sınırlıdır. Bu nedenle, genel mekanik özellikler etkilenmez ve yine de EOS tarafından geliştirilen yüksek kaliteli InFill işlemine güvenebilirsiniz. Bu nedenle, yeterli mekanik özelliklerin elde edilmesi için sıcak izostatik presleme gibi ikincil bir işlem de gerekli değildir.
İşlem sonrası (Abraziv Akış İşleme, AM Metaller)
Aşındırıcı akış işleme, akışla ilgili uygulamalar ve iç geometriler için kullanılan yaygın bir yüzey bitirme tekniğidir. Aşındırıcı ortam, fikstürde tutulan parçadan itilir. Ortamdaki aşındırıcı parçacıklar, akış yolu boyunca yüzeyi öğütür ve parlatır. İç yüzey finisajı için hazırlık olarak, kapalı dış çapın, AFM işlemi için fikstüre göre ayarlanan açık, çap ve parça yüksekliğine işlenmesi gerekir. Ön işlemeden sonra parça kenetlenir ve kıskaç yardımıyla aşındırıcı ortam parçanın içinden itilir. AFM işleminden sonra çark son boyutuna işlenir.
Aşındırıcı Akış İşleme (AFM) ile işlenmiş son parça
3D baskı teknolojisinin sürekli gelişmesiyle, metal 3D baskılı parçalar son tüketici pazarına doğru gelişmeye devam edecek.