Ovlivní podpůrný design náklady po{0}}zpracování?

1. Základní myšlenky, které podporují vztah mezi designem a cenou
Návrh podpory kovového 3D tisku musí najít kompromis mezi „stabilním tvarováním“ a „efektivitou nákladů“. Hlavní myšlenky za tím jsou přímo spojeny s náklady na následné-zpracování:
Myšlenka za omezením kontaktní plochy
Existují tři typy kontaktu mezi podpěrou a součástmi: povrchový kontakt, liniový kontakt a bodový kontakt. Povrchový kontakt může věci učinit stabilnějšími, ale značně ztíží následné{1}}zpracování. Například letecké držáky z titanové slitiny s designem povrchového kontaktu mají zbytkovou nosnou plochu 12 cm², což vyžaduje 5 hodin ručního leštění, aby byl splněn požadavek na drsnost povrchu Ra1,6 μm. S designem bodového kontaktu je zbytková plocha pouze 2,3 cm² a doba mechanického leštění je pouze 40 minut. Práce společnosti Suzhou Tianhong Laser ukazuje, že na každý 1 cm² zmenšení kontaktní plochy lze čas potřebný pro následné{11}}zpracování zkrátit o 15 % až 20 %.
Přesná kontrola kritického úhlu
různé procesy mají různé kritické úhly zavěšení: Proces SLM normálně potřebuje podporu pro konstrukce, které visí pod úhlem menším než 30 stupňů, zatímco proces EBM může uvolnit kritický úhel na 35 stupňů, protože se taví při vysokých teplotách. Adaptivní skenovací metoda společnosti Leiming Laser umožnila tisknout zavěšené struktury bez podpory v malých úhlech od 5 stupňů do 35 stupňů změnou hustoty výkonu laseru za chodu. Tím se snížil počet potřebných podpůrných materiálů o 78 % a náklady na následné-zpracování o 65 %.
Myšlenka šetřit materiály
Cena kovového prášku se může vyšplhat až na tisíce jüanů za kilogram a plýtvání podpůrnými materiály okamžitě zvyšuje ceny. Použijeme-li jako příklad slitinu na bázi niklu Inconel 718{2}}, standardní konstrukce podpory vede k míře odpadu až 18 %, zatímco stromová{4}}struktura podpory vytvořená optimalizací topologie může udržet míru odpadu pod 5 %. Příklad součásti leteckého motoru ukazuje, že vylepšená konstrukce podpěry snižuje náklady na jeden kus materiálu z 2300 juanů na 850 juanů, což je pokles o 63 %.
2. Klíčové prvky, které podporují náklady na zpracování-po-návrhu
Podpora rizika trvalého fyzického zranění
K defektům tkání může dojít, když podpěra a rozhraní součásti mají rozdílné tepelné namáhání. Při tisku s nerezovou ocelí 316L se mohou tvořit hrubé sloupcovité krystaly tam, kde se podpěra mřížky setkává s pevnou látkou. Díky tomu je oblast o 15 % až 20 % měkčí a únavová životnost se zkracuje o 40 %. Abychom se těchto skrytých nebezpečí zbavili, musí být proces tepelného zpracování delší, což znamená, že náklady na následné{7}}zpracování jednoho kusu vzrostou o 120 až 180 juanů.
Problém zpřístupnění komplikované konstrukční podpory
Turbínový kotouč v leteckém motoru má vnitřní průměr kanálu pouze 2 mm. Standardní konstrukce podpěry způsobuje deformaci kanálové sekce o více než 8 %, což je třeba zafixovat elektrochemickým rozpouštěním. Tato technika vyžaduje 41% hmotn. roztok kyseliny dusičné ke zpracování při 80 stupních po dobu 6 hodin. Cena jednoho agenta je 350 juanů a existuje šance na jednotnost koroze.
Skryté náklady na to, že musíte dělat věci ručně
Údaje z automatizované výrobní linky BMW IDAM ukazují, že je stále zapotřebí ručního zásahu, který by pomohl s procesem odstranění, který zabírá 35 % z celkových hodin po-zpracování. Náklady na pracovní sílu dosahují až 2,8 milionu juanů ročně na výrobní linku, která vyrábí 10 000 kusů ročně. Robotický systém NetShape společnosti Rivelin Robotics využívá řízení síly zpětné vazby k dosažení přesnosti kontaktní síly na úrovni 0,1 N. To snižuje potřebu ručního zásahu na méně než 5 % a ušetří více než 2 miliony juanů ročně.
3. Strategie na hranici, které pomáhají s optimalizací návrhu
Konstrukce, která může stát sama o sobě díky generativnímu designu
S pomocí technik strojového učení dokáže software Autodesk Netfabb automaticky konstruovat podpůrné struktury biomimetické mřížky. Tato metoda snížila hmotnost držáku satelitu o 85 % a zbavila se potřeby tradiční podpory. Změnil také postup následného zpracování z mechanického zpracování na jednoduché tepelné zpracování a snížil náklady na jeden kus o 1200 juanů.
Společně vymýšlet nové nápady pro více{0}}materiálové systémy
Technologie bimetalové podpory společnosti Belgian Materialise využívá skutečnost, že Inconel 718 a čisté železo oxidují při 800 stupních různou rychlostí, aby se podpora automaticky odloupla. Tato metoda snižuje množství zbývající podpory na méně než 0,01 mm, zkracuje dobu potřebnou pro následné-zpracování ze 48 hodin na 8 hodin a ušetří 650 juanů na kus.
Řízení s uzavřenou smyčkou sledování procesu
Vysokorychlostní-kamery a infračervené senzory v systému Siemens Process Sight sledují tvar roztavené lázně v reálném čase. Pokud existuje možnost nedostatečné podpory, nastavení laseru se automaticky změní nebo se vytvoří další podpora. Při tisku komplikovaného dílu s průtokovým kanálem technologie snížila míru defektů díky podpoře z 18 % na 0,3 %, což ušetřilo více než 500 000 juanů ročně na nákladech na přepracování.