Metal 3D baskı destek yapısının neden kaldırılması gerekiyor?

1. Yapıları desteklemenin asıl görevi ve bunların zaman içinde nasıl değiştiği
Termodinamiği kontrol etmek için fiziksel engeller
Metal 3D baskı işlemi sırasında lazer veya elektron ışınları küçük yerlerde çok yüksek sıcaklıklar (2000 derecenin üzerinde) oluşturarak malzemenin çok hızlı bir şekilde sıvıdan katıya geçmesini sağlar. Destekleyici yapı bu süreçte iki amaca hizmet eder. İlk olarak, bir termal iletim ortamı olarak, ısıyı asılı alandan alt tabakaya hızlı bir şekilde aktarır, bu da yerel aşırı ısınma nedeniyle artık gerilimin oluşmasını önler. İkincisi, metal akışını sınırlayarak erimiş havuzun yerçekimi nedeniyle çökmesini önler. Örneğin, titanyum alaşımlı bir pervaneye baskı yaparken, destek yapısı, askı açısı 45 dereceden az olduğunda termal gerilimi %60 oranında azaltabilir. Bu, parçaların çarpılma deformasyon oranını %32'den %5'in altına düşürür.
Süreç yinelemesinin kaçınılmaz sonucu
İlk metal 3D baskı makineleri, enerji yoğunluğunu çok iyi yönetemedikleri için çok sayıda destek yapısına ihtiyaç duyuyordu. Modern SLM cihazları, çoklu fizik birleştirme modelleme teknolojilerinin geliştirilmesi sayesinde lazer güç yoğunluğunu dinamik olarak değiştirerek "uyarlanabilir destek" sağlayabilir. Örneğin Leiming Laser'in LiM-X260A cihazı, optimize edilmiş tarama algoritmalarını kullanarak, asılı yapıları herhangi bir destek olmadan 5 derece -35 derecelik küçük açılarda başarıyla basmıştır. Bu, ihtiyaç duyulan destek malzemesi miktarını %78 oranında azalttı. Ancak bu teknoloji hâlâ yalnızca belirli türde malzeme ve şekiller için kullanışlıdır.
2. Destekleyici yapıda hala mevcut olan ölümcül kusurlar
Malzeme özelliklerinin görünmeyen katilleri
Destekleyici yapının ve baskı gövdesinin malzeme ara yüzü, nasıl organize edildikleri açısından birbirinden çok farklıdır. 316L paslanmaz çelikle baskı yaparken ızgara desteği ile katı arasındaki bağlantı noktasında kaba sütunlu kristaller oluşabilir. Bu, alanı %15 ila %20 daha yumuşak ve %40 daha az dayanıklı hale getirir. Destekleyici kalıntıların "küçük anot büyük katot" etkisi, elektrokimyasal korozyon üretebilir; bu, korozyon oranını 3 ila 5 kat hızlandırdığı için uçak motorlarındaki türbin diskleri gibi önemli parçalar için çok kötüdür.
Şekillerin kesinliği üzerindeki zarar verici etkiler
Destekleyici yapı ile bileşenin yüzeyi arasındaki temas noktası, 0,1 ila 0,3 mm kalınlığında bir geçiş katmanı oluşturacaktır. Bu tabakanın mekanik olarak kaldırıldığında yüzey kusurlarına sahip olması muhtemeldir. Örneğin, GE Aviation'ın yakıt nozülü yalnızca 2 mm çapında bir iç akış kanalına sahiptir. Artık destek varsa akış kanalı bölümü %8'den fazla bükülebilir ve bu da yakıt atomizasyon etkisini doğrudan etkiler. Elektrokimyasal çözünme gibi son teknoloji tekniklerle bile, akım yoğunluğunun eşit şekilde dağılmaması durumunda 0,05 mm seviyesinde lokal korozyon meydana gelebilir.
Maliyet kontrolünün zayıf noktası
Destekleyici yapıyı yapmak için kullanılan malzemenin maliyeti, metal 3D baskının toplam maliyetinin yaklaşık %12 ila %18'ini oluşturur. Nikel-bazlı yüksek-sıcaklık alaşımlarının maliyeti kilogram başına 2000 dolardan fazladır ve fazladan malzemeleri atmak çok fazla iş gerektirir. İşlem sonrası aşamasının işçilik maliyeti-çok daha endişe vericidir çünkü %25 ila %30 kadar yüksek olabilir. BMW IDAM otomatikleştirilmiş üretim hattında, tüm sürecin otomatikleştirilmesini engelleyen büyük bir darboğaz haline gelen sökme işlemine hâlâ insanların yardım etmesi gerekiyor.
3. Kaldırmaya yardımcı olan teknolojideki atılımlar ve sorunlar
Hassas Mekanik Temizlemede Bir Devrim
Tel kesme ve frezeleme gibi geleneksel mekanik işlemlerde iki temel sorun vardır: Birincisi, karmaşık iç boşluk yapıları nedeniyle bunlara ulaşmak zordur, ikincisi ise mikrometre seviyesinde kontrol edilmesi zordur. Rivelin Robotics'in NetShape robot sistemi, bir kuvvet geri besleme kontrol algoritması kullanarak temas kuvvetini 0,1N dahilinde düzenleyebilir. 3D görsel konumlandırma sistemiyle birlikte kullanıldığında, destek kalıntılarını otomatik olarak bulup kaldırabilir, bu da yüzeyi daha pürüzsüz hale getirir (Ra6,3 μm'den Ra1,6 μm'ye) ve işlemeyi 10 kat hızlandırır.
Kimyasal aşındırmada seçici atılım
Arizona Eyalet Üniversitesi tarafından geliştirilen elektrokimyasal destekli uzaklaştırma teknolojisi, diferansiyel potansiyel alanı yaratarak seçici çözünmeyi başarıyor. 304 paslanmaz çelik/karbon çelik sisteminde, ağırlıkça %41 nitrik asit çözeltisi ve oksijen kombinasyonu, 7 mm kalınlığındaki karbon çeliği desteğini 6 saatte tamamen kaldırabilmektedir. Ayrıca paslanmaz çelik alt tabakanın korozyon hızını 0,002 mm/saatin altında tutar. Bu teknoloji tıbbi implantların yapımında kullanıldı ve desteğin çıkarılması için gereken süre 48 saatten 8 saate indirildi.
İşlerin nasıl iyileştirilebileceğine dair tahminlerde bulunmak için akıllı algoritmalar kullanma
Belçikalı startup Materialize, en iyi destek yapılarını otomatik olarak oluşturmak için makine öğrenimi modellerini kullanabilen Magics adlı bir yazılım üretiyor. Sistem 100.000 işlem verisinden öğreniyor ve termal stresin farklı şekillere nasıl yayılacağını tahmin edebiliyor. Ayrıca destek yoğunluğunu ve temas alanını kendi başına da değiştirebilir. Optimize edilmiş destek yöntemi, bir uçağın yapısının belirli bir bölümünü yazdırırken malzeme kullanımını %42 ve son-işleme süresini %65 oranında azalttı.