האם תמיכה מסיס אפשרית בהדפסת תלת מימד מתכת?

1. עקרון טכני: אנודת הקרבה לפריצת דרך אלקטרוכימית
שיטת הגנת האנודה ההקרבה, המשתמשת בהפרש הפוטנציאל בין שתי מתכות באלקטרוליט כדי לגרום לקורוזיה סלקטיבית, היא הבסיס לטכנולוגיית התמיכה המסיסה. בהדפסת מתכת תלת מימדית, טכניקה זו משמשת בדרך חדשה להפרדת גוף החלק מהמבנה התומך:
בחירת החומרים הנכונים: השתמשו במתכות שאינן מחלידות (כמו נירוסטה) עבור החלקים ובמתכות שמחלידות (כמו פלדת פחמן נמוכה-) עבור התומכים. לדוגמה, צוות אוניברסיטת מדינת אריזונה השתמש בתערובת של פלדת אל חלד AISI 431 (לחלקים) ופלדת Metco 91 דלת פחמן (לתמיכה) כדי לגרום לתומכים להתמוסס בחומצה חנקתית מבלי לפגוע במשטחי החלקים.
מהירות אלקטרוכימית-עלייה: שימוש פשוט בחומצה חנקתית גורם לקורוזיה להתרחש לאט יותר (היא ממיסה רק 1.4 מ"מ של פלדת פחמן ב-10 שעות), אבל הוספת בועות חמצן גורמת לזה לקרות מהר יותר פי 6. החמצן מפרק את שכבת הפסיבציה על פני פלדת הפחמן, מאיץ את התפתחות זרם הקורוזיה, וממיס לחלוטין את 7 המ"מ האחרונים של פלדת פחמן תוך 6 שעות.
בקרה סלקטיבית: עבור חומרים תומכים, אלקטרוליטים חייבים להיות בעלי סלקטיביות מסיסות של יותר מ-100:1. לדוגמה, חומצה חנקתית אוכלת את פלדת הפחמן מעל פי 1000 מהר יותר מאשר מפלדת אל חלד, מה שאומר שגוף הרכיב אינו נפגע.
2. תאימות של חומרים: מגבלות ותרופות מתכות
כדי להשתמש בתמיכה מסיס בתעשייה, יש לפתור שתי בעיות גדולות במדעי החומרים:
תאימות מתכתית: התנאים הבאים חייבים להתקיים הן על ידי חומרים תומכים והן על ידי חומרים מרכיבים:
דמיון מבני קריסטל: כדי למנוע פיצוח מתח בממשק שיכול לקרות כאשר מקדמי ההתפשטות התרמית שונים. לדוגמה, פלדת פחמן נמוכה- ופלדת אל-חלד הן בעלות מבנים- קוביים במרכז והפרש מקדם התפשטות תרמית של פחות מ-10%. המשמעות היא שהם יכולים להתמודד עם שינויים בטמפרטורה גבוהה במהלך הדפסת מתכת תלת מימדית.
התרחק מתרכובות בין-מתכתיות: שילובים מסוימים של חומרים, כגון סגסוגות טיטניום ואלומיניום, נוטים יותר להפוך לשבירים בטמפרטורות גבוהות. כדי להימנע מכך, עליך לווסת את פרמטרי התהליך או לבנות שכבת ביניים.
הרחבת מערכת החומרים: מחקר עדכני הראה שמערכת פלדת הפחמן-נירוסטה אפשרית, וצריך ליצור שילובים נוספים של חומרים בעתיד.
סגסוגת-בטמפרטורה גבוהה: ניתן להשתמש ב-Inconel 718 ובחומרי אנודי קורבן מסוימים יחד לייצור חלקי קצה חמים למנועי מטוסים.
סגסוגת טיטניום: על ידי כוונון-עדין של נוסחת האלקטרוליט, Ti6Al4V ותמיכה מסיס יכולים לעבוד יחד.
מתכות עקשנות: כדי להסיר תמיכה ממתכות גבוהות-התכה- כמו טונגסטן וטנטלום, עלינו ליצור מערכות אלקטרוכימיות הפועלות בטמפרטורות גבוהות.
3, אופטימיזציה של תהליך: קפיצה מהמעבדה לפס הייצור
כדי לתעש את טכנולוגיית התמיכה המסיסה, יש להתגבר על שלושה צווארי בקבוק משמעותיים בתהליך:
שיפור היעילות של קורוזיה: טכנולוגיה אלקטרוכימית Pulse: היא מסייעת בהסרת מוצרי קורוזיה ומפסיקה היווצרות שכבות פסיבציה על ידי הפעלה וכיבוי של הזרם. לדוגמה, מתח דופק יכול לגרום לפלדת פחמן להחליד מהר פי שלושה.
עזרה על-קולית: הוספת גלים על-קוליים לאלקטרוליט מזרזת את העברת המסה על-ידי גרימת קוויטציה, אשר מקצרת את זמן הקורוזיה ביותר מ-50%.
בקרת איכות של פני השטח:
מערכת לאלקטרוליטים במחזור: שאיבת אלקטרוליטים במחזור מונעת מחספוס פני השטח להחמיר על ידי מניעת פערי ריכוז מקומיים. לדוגמה, מיכל תרסיס קורוזיה יכול להפוך את פני השטח של פריטים לפחות מחוספסים, מ-Ra10 מיקרומטר עד Ra2 מיקרומטר.
ליטוש לאחר טיפול: קורוזיה אלקטרוכימית, יחד עם שיטות ללא-מגע כמו ליטוש מגנטוריאולוגי, יכולות להפוך משטח חלק כמו מראה (Ra<0.1 μ m).
אינטגרציה אוטומטית:
מערכת למציאת דברים באינטרנט: CT תעשייתי מאפשר ניטור-בזמן אמת של שאריות תומכות והתאמה דינמית של פרמטרי קורוזיה. לדוגמה, מערכת Smart Clean של GE Additive עשויה למצוא באופן אוטומטי נקודות תמיכה ולשפר את חלוקת צפיפות הזרם.
בקרת לולאה סגורה: השתמש בשיטות למידת מכונה כדי לפתח מודל המחזה את קצב הקורוזיה כך שניתן לשנות את פרמטרי התהליך באופן אוטומטי. לאחר שחברת מטוסים אחת השתמשה בטכניקה זו, שיעור הסרת התמיכה עלה מ-70% ל-99%.
4. סיכויי יישום תעשייתיים: ממבנים מסובכים ועד לייצור המוני
בייצור-בעולם האמיתי, טכנולוגיית תמיכה מסיס הוכיחה שהיא שימושית למדי:
בתחום התעופה והחלל, GE Aviation משתמשת בהדפסת תמיכה מסיסה לייצור תא הבעירה Inconel 718. זה מקצץ את הזמן שלוקח להסרת התמיכה מ-40 שעות ל-8 שעות, ואין סימנים של נזק מכני על פני השטח.
יצרנית לווין הדפיסה בהצלחה מחליף חום עם 2000 מיקרו-ערוצים תוך שימוש בטכנולוגיית תמיכה מסיסה. התעלות ברוחב 0.5 מ"מ בלבד ושיעור שאריות האבקה הוא פחות מ-0.1%.
שתלים רפואיים: מפרק ירך בהתאמה אישית: Johnson&Johnson Medical משתמשת בתמיכה מסיסה להדפסת מפרקי ירכיים Ti6Al4V עם חספוס פני השטח של Ra0.8 מיקרומטר. זה עומד בתקני השתלים האורטופדיים ומונע קשיים עם התקשות פני השטח שיכולים לקרות עם עיבוד שבבי מסורתי.
השתלות שיניים: חברת רפואת שיניים קיצצה את הזמן שלוקח להדפיס שתלים משלושה ימים ליום אחד באמצעות טכנולוגיית תמיכה מסיסה. זה הוריד את המחירים ב-40%.
הכנת תבניות: תבנית קירור גמישה נעשית על ידי שילוב פלדת תבנית (כמו H13) עם תומך מסיס. זה מאפשר לך להדפיס ערוצי קירור מסובכים. כאשר נעשה שימוש בטכניקה זו במפעל מסוים של תבניות רכב, יעילות הקירור של התבנית עלתה ב-30% והזמן שנדרש לייצור תבנית ירד ב-25%.