هل سيؤثر دعم التصميم على تكاليف-ما بعد المعالجة؟

1. الأفكار الأساسية التي تدعم العلاقة بين التصميم والتكلفة
يحتاج تصميم دعم الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد إلى إيجاد حل وسط بين "القولبة المستقرة" و"فعالية التكلفة". ترتبط الأفكار الرئيسية وراء ذلك بشكل مباشر بنفقات المعالجة اللاحقة-:
الفكرة وراء الحد من منطقة الاتصال
هناك ثلاثة أنواع من الاتصال بين الدعم والأجزاء: الاتصال السطحي، والاتصال الخطي، والاتصال النقطي. يمكن أن يجعل الاتصال السطحي الأمور أكثر استقرارًا، ولكنه يجعل-المعالجة اللاحقة أكثر صعوبة. على سبيل المثال، تحتوي أقواس الطيران المصنوعة من سبائك التيتانيوم ذات تصميم ملامس للسطح على مساحة دعم متبقية تبلغ 12 سم مربع، والتي تحتاج إلى 5 ساعات من التلميع اليدوي لتلبية متطلبات خشونة السطح البالغة Ra1.6 ميكرومتر. مع تصميم نقطة الاتصال، تبلغ المساحة المتبقية 2.3 سم مربع فقط، ويصل وقت التلميع الميكانيكي إلى 40 دقيقة فقط. يوضح عمل شركة Suzhou Tianhong Laser أنه مقابل كل انخفاض بمقدار 1 سم مربع في منطقة التلامس، يمكن تقليل الوقت اللازم للمعالجة اللاحقة-بنسبة 15% إلى 20%.
التحكم الدقيق في الزاوية الحرجة
العمليات المختلفة لها زوايا تعليق حرجة مختلفة: تحتاج عملية SLM عادة إلى دعم للهياكل المعلقة عند أقل من 30 درجة، في حين أن عملية EBM يمكن أن تخفف الزاوية الحرجة إلى 35 درجة لأنها تذوب عند درجات حرارة عالية. أتاحت طريقة المسح التكيفي الخاصة بـ Leiming Laser طباعة الهياكل المعلقة دون دعم بزوايا صغيرة تتراوح من 5 درجات إلى 35 درجة عن طريق تغيير كثافة طاقة الليزر أثناء الطيران. يؤدي هذا إلى تقليل عدد مواد الدعم المطلوبة بنسبة 78% وتكلفة المعالجة اللاحقة-بنسبة 65%.
فكرة توفير المواد
يمكن أن يصل سعر المسحوق المعدني إلى آلاف اليوانات للكيلوغرام الواحد، وإهدار المواد الداعمة يؤدي إلى ارتفاع الأسعار على الفور. باستخدام سبيكة Inconel 718 المعتمدة على النيكل-كمثال، يؤدي تصميم الدعم القياسي إلى معدل هدر يصل إلى 18%، في حين أن هيكل الدعم الشبيه بالشجرة-الذي تم إنشاؤه عن طريق تحسين الهيكل يمكن أن يحافظ على معدل الهدر أقل من 5%. يوضح مثال لجزء محرك طائرة أن تصميم الدعم المحسن يخفض تكلفة قطعة واحدة من المادة من 2300 يوان إلى 850 يوان، أي انخفاض بنسبة 63%.
2. العناصر الأساسية التي تدعم تكاليف التصميم -الموجهة بعد-المعالجة
دعم خطر الإصابة الجسدية الدائمة
يمكن أن تحدث عيوب الأنسجة عندما يكون للدعم وواجهة المكون كميات مختلفة من الضغط الحراري. عند الطباعة باستخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 316L، يمكن أن تتشكل بلورات عمودية خشنة حيث يلتقي دعم الشبكة مع المادة الصلبة. وهذا يجعل المنطقة أكثر ليونة بنسبة 15% إلى 20% ويقلل من عمر التعب بنسبة 40%. للتخلص من هذه المخاطر الخفية، يجب أن تكون عملية المعالجة الحرارية أطول، مما يعني أن تكلفة المعالجة اللاحقة-لقطعة واحدة سترتفع بمقدار 120 إلى 180 يوان.
مشكلة إتاحة الدعم الهيكلي المعقد
يبلغ قطر القناة الداخلية للقرص التوربيني في محرك الطيران 2 مم فقط. يتسبب تصميم الدعم القياسي في تشويه قسم القناة بنسبة تزيد عن 8%، الأمر الذي يحتاج إلى إصلاح من خلال الذوبان الكهروكيميائي. تحتاج هذه التقنية إلى محلول حمض النيتريك بنسبة 41% ليتم معالجته عند درجة حرارة 80 لمدة 6 ساعات. تكلفة وكيل واحد هي 350 يوان، وهناك فرصة لتوحيد التآكل.
النفقات الخفية المتمثلة في الاضطرار إلى القيام بالأشياء يدويًا
توضح البيانات الواردة من خط الإنتاج الآلي BMW IDAM أنه لا تزال هناك حاجة للتدخل اليدوي للمساعدة في عملية الإزالة، والتي تستغرق 35% من إجمالي ساعات ما بعد المعالجة-. تصل تكلفة العمالة إلى 2.8 مليون يوان سنويًا لخط الإنتاج الذي ينتج 10000 قطعة سنويًا. يستخدم نظام الروبوت NetShape من Rivelin Robotics التحكم في ردود الفعل القوية للوصول إلى دقة قوة الاتصال بمستوى 0.1N. وهذا يقلل الحاجة إلى التدخل اليدوي إلى أقل من 5% ويوفر أكثر من 2 مليون يوان سنويًا.
3. الاستراتيجيات الرائدة التي تساعد في تحسين التصميم
هيكل يمكن أن يقف بمفرده بفضل التصميم التوليدي
بمساعدة تقنيات التعلم الآلي، يمكن لبرنامج Autodesk Netfabb إنشاء هياكل دعم شبكية محاكاة حيوية تلقائيًا. أدت هذه الطريقة إلى خفض وزن حامل القمر الصناعي بنسبة 85% والتخلص من الحاجة إلى الدعم التقليدي. كما أنها غيرت إجراءات ما بعد المعالجة-من المعالجة الميكانيكية إلى المعالجة الحرارية البسيطة وخفضت تكلفة القطعة الواحدة بمقدار 1200 يوان.
العمل معًا للتوصل إلى أفكار جديدة لأنظمة{0}متعددة المواد
تستخدم تقنية الدعم ثنائية المعدن من شركة Materialise البلجيكية حقيقة أن Inconel 718 والحديد النقي يتأكسدان بمعدلات مختلفة عند 800 درجة لإزالة الدعم تلقائيًا. تعمل هذه الطريقة على تقليل مقدار الدعم المتبقي إلى أقل من 0.01 مم، وتقليل الوقت اللازم للمعالجة اللاحقة-من 48 ساعة إلى 8 ساعات، وتوفير 650 يوانًا لكل قطعة.
التحكم في الحلقة المغلقة لتتبع العملية
تعمل الكاميرات عالية السرعة- وأجهزة الاستشعار التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء في نظام Siemens Process Sight على مراقبة شكل البركة المنصهرة في الوقت الفعلي. عندما يكون هناك احتمال عدم وجود دعم كافٍ، يتم تغيير إعدادات الليزر تلقائيًا أو يتم إنشاء دعم إضافي. عند طباعة جزء قناة تدفق معقد، خفضت التكنولوجيا معدل العيوب بسبب الدعم من 18% إلى 0.3%، مما وفر أكثر من 500,000 يوان سنويًا في نفقات إعادة العمل.