Direct Metal לייזר Sintering (DMLS) הוא תהליך ייצור תוספתי מאומצת נרחב כי מארג מרכיבים מתכת מורכבים ישירות ממודלים תלת-ממדיים דיגיטליים.התהליך משתמש בלייזר בעוצמה גבוהה כדי למזג באופן סלקטיבי מתכת, שכבה על ידי שכבה, לחלקים צפופים, פונקציונליים. A רכיב קריטי כמעט בכל DMLS בונה הוא השימוש במבנים תמיכה - זמניים, אלמנטים מקודשים המחזיקים את החלק במקום ולנהל לעתים קרובות את הלחץ החיוני של ייצור.

הבנת תפקודם של מבני התמיכה ב-DMLS

מבנים תומכים ב- DMLS אינם רק מתפתלים.הם מבצעים מספר פונקציות מכניות ורמיות נפרדות החיוניים להקמה מוצלחת.ללא תמיכה נאותה, חלקים יכולים לחוות לוחמה, החלמה, או כישלון מוחלט.הסעיפים הבאים מפורטים את התפקידים העיקריים תומכים משחק.

ניהול תרמי ופירוק חום

במהלך לייזר חיטוי, אבקת המתכת מחומם במהירות ולאחר מכן קרירה. מחזור תרמי זה מייצר ⁇ טמפרטורה תלולים ושיעורי הרחבה שונים בין שכבות מוצקות חדשות ואת המסה הבסיסית.אם חום לא ניתן לבצע ביעילות, מצטבר חיוור, המוביל עיוות או סדק. תמיכה יעילה יותר פועל כמו כיור חום, ערוץ עודף אנרגיה לתוך צלחת הבנייה ומונעת חום מקומי overheat overing יתר על פני השטח.

תמיכה גיאומטרית וOverhang Support

DMLS בונה שכבה על ידי שכבה מהתחתית.כל תכונה שמשקיעה בחוץ בזווית גדולה יותר מ-45 מעלות מהארכי - הידוע כמגיפה - תמיכה מהירה.ללא זה, אבקת בלתי מופרכת מתחת לא יכולה להחזיק את המתכת מלוטשת במקום, מה שגורם ל-Savg או להתמוטטות תמיכה.

שכבת הריון ומניעת דלקמינציה

ב DMLS, כל שכבה חייבת להתחבר באופן אחיד לאחד שמתחת.התכווצות הארומאל ומחזור הקירור המהיר יכול ליצור כוחות הרהר המראים שכבות מחוסמות חדשות, תופעה הידועה בשם מיצוי.התמיכה מחזיקה את החלק מטה פיזית ומדליקת, צמצום הנטייה של הקצוות כדי להתכרבל.זה קריטי במיוחד עבור קירות דקים או ממתכת עם נוקשות, יכול לשמש כדי לחזק את ההתנסות בין-מאלית אחרת, למנוע כשלון חיצוני זה יהיה למנוע פגום.

החסרונות של הסתמכות כבדה על מבנים תומכים

בעוד שתומכים הם לעתים קרובות הכרחיים, הם באים עם שורה של חסרונות המוליכים עלויות ולהפחית את יעילות התהליך.הבנת החסרונות האלה היא הצעד הראשון לקראת תכנון לשימוש מינימלי במתן תמיכה.

הגדלת צריכת החומרים ועלויות

מבנים תומכים עשויים מאותה אבקת מתכת כחלק עצמו.כל מ"ק של חומר תמיכה מוסיף עלות הבנייה.במקרים רבים, תומך יכול לקחת בחשבון 10% עד 40% של אבקת הכולל המשמש.מאחר אבקת מתכת עבור DMLS הם יקרים (למשל, טיטניום, Inconel, נירוסטה), צמצום נפח התמיכה ישירות מופחתת את החומר.

ההרחבה Build Times

מכיוון שהייזר חייב לחטא הן את החלק והן את כל התומך, נדרש זמן סריקה נוסף. יצוצומים גדולים יותר זמני הדפסה ארוכים יותר, המתורגמים למכונה נמוכה יותר באמצעות חישוב ועלויות גבוהות יותר לכל חלק. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

תגית: Burden

הסרת מבני התמיכה מחלקים גמורים היא צעד ידני ולעתים קרובות ידני.טכניקות כוללות חוט EDM, להקה ראתה, שחיקה או הסרת ידני עם compers. זה פוסט-מעבד מוסיף זמן ועלות, ובמקרים רבים נזק איכות פני השטח בנקודות המצורפות.לאחר הסרת, אזורי הקשר חייבים להסתיים - לעתים קרובות על ידי מאצ'ין או ללטש - כדי לשחזר את פני השטח הדרושים עם חלקים מורכבים או למנוע מחדש, אפילו תמיכה קשה מאוד, או אפילו לא ניתן להשלים שיטות הפעלה.

בעיות על פני השטח והאינטגרליות

כאשר תומך במגע החלק, את פני השטח לסיים הוא בדרך כלל גס ועשוי להכיל פרוטות קטנות או סימני עדות. פגמים אלה דורשים פעולות סיום נוספות, הגדלת זמן מחזור ועלות.ביישומים ביצועים גבוהים כמו אוויר או שתלים רפואיים, גסות כזו יכולה להיות בלתי מקובלת יותר, הסרת תמיכה לא נכונה יכול ליצור ריכוזים או מיקרו-קפצ'קים, תוך כדי שיפור השלמות המכנית של החלק הסופי של עיצוב, ולכן, הוא צמצום נקודות מגע קריטי עבור שמירה על איכות קריטית.

אסטרטגיות מפתח למזער מבני תמיכה

צמצום ההסתמכות על תמיכה דורש שילוב של שינויים בעיצוב, אופטימיזציה תהליכים וכלים מתקדמים בתוכנה.אסטרטגיות הבאות מוכחות להורדת דרישות התמיכה תוך שמירה על הצלחה.

אופטימיזציה חלקית

הכיוון של חלק על הצלחת הבנייה הוא הגורם המשפיע ביותר על צרכי התמיכה. על ידי רוטט וטיה החלק, overhangs ניתן למזער או מומר ל זוויות תמיכה עצמית. לדוגמה, או להקל על חלק כך שגשרים ארוכים, ללא תמיכה מודפסים בזווית תלולה (45°) יכולים לחסל תמיכה לחלוטין.

עיצוב גרפי-עצמי של Geometries

ייצור אדקטי מאפשר חופש גאומטרי, אך לא כל העיצובים ידידותיים לתמיכה. החלת כללי תכנון-לכאורה-מעובדים (DfAM) יכולים להפחית באופן דרמטי את צרכי התמיכה.

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ ומילוי (בפניות פנים) 1:1 בפינות פנים כדי להפחית ריכוזי מתח ולאפשר זווית תמיכה עצמית.
  • (ב) ⁇ :0) ,Using קירות מזוהים 1FLT במקום טיפות אנכיות; זווית 45 מעלות או תלולה היא בדרך כלל תמיכה עצמית, אם כי 50-60 מעלות מציע שולי גדול יותר.
  • (ב) ,0) הוספת מדמיע או חורים דמויי יהלום (FLT:1), במקום מעגליים באוריינטציה אופקית, אשר ידרוש תמיכה מעל קשת ה-90 מעלות העליון.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) עיצוב של שכבת ריצוף מתמשך 1:1 על ידי הימנעות שינויים פתאומיים באזור חוצה-מחלקה הגורם לזעזוע תרמי.

שינויים גיאומטריים אלה חייבים להיות מאוזנים עם דרישות פונקציונליות.במקרים רבים, השקעה קטנה בעיצוב מחדש מניבה חיסכון גדול בחומרי תמיכה ותהליכים שלאחר עיבוד.

Topology and Lattice Optimization

אופטימיזציה טופולוגיה (TO) היא שיטה חישובית שמפיצה חומר בדיוק היכן צריך לעמוד במסלולי העומס, לעתים קרובות וכתוצאה מכך צורות אורגניות וידידותיות לתמיכה.כדי להימנע באופן טבעי מעומסים חדים ומעדיף מבנים עצמיים התומכים באלגוריתמים רבים כיום כוללים "מגבלות נוספות" אשר מכריחים את הגיאומטריה שנוצרת להיות מסוגל לבנות עוביים ללא תמיכה מינימלית או תמיכה מינימלית.

כלי סימולציה ותוכנות מתקדמים

(המכונה מיוחדת לסימולציה של תהליך DMLS מאפשרת למהנדסים לחזות מתחים תרמיים, עיוותים ותמיכה לפני הדפסה. כלים כמו DMLS:0Autodesk NetfabbveFLT:1, FLT:2 דרישות תמיכה לפני הדפסה.כלי שלב כגון הדפסה:0Autodesk NetfabbcioFLT:5 (Dassault Systè) יכולים לייצר באופן אוטומטי תמיכה חומרים מיותרים, כלומר, כלומר, תכונות מסוימות, ללא צורך, תכונות תמיכה של תכונות של שימוש ב-מספקיות.

גישות היברידיות ו Multi-Material

כמה מכונות DMLS מציעים כעת את היכולת להדפיס עם אבקות שונות באותו בניין, או לשלב DMLS עם תהליכים אחרים כמו machining. Multi-חומרי גישות יכול להשתמש אבקה זולה יותר, בקלות נשלפת עבור תמיכה (למשל, סגסוגת דלת-מזירה) שניתן להמיס מאוחר יותר מכונות היברידיות-subtractive יכול להדפיס צורה קרובה עם מינימלית ותומך בתכונות אלה עדיין לא מוגבלות.

עיצוב של ניהול אדקטיבית (DfAM) עקרונות לתמיכה

אימוץ שיטות DfAM מקיפים הוא האסטרטגיה היעילה ביותר לטווח ארוך עבור צמצום התמיכה. DfAM משלבת את מגבלות הייצור לתוך תהליך עיצוב מוקדם, לא כמחשבה. עקרונות מרכזיים ספציפיים להפחתה של DMLS כוללים:

  • (FLT:0) ביטול אסיפות ההרחבה:1) לחלקים מודפסים בודדים מפחית את הצורך בגיבוי לתקן רכיבים מרובים.חלקים מעטים יותר מתכוונים פחות תומך והסרת אבקה קלה יותר.
  • (FLT:0) שילוב של תכונות בנייה של הצלחות 1FLT:1 כגון לכידת או איתור משטחים המאפשרים לחלק להיות מוכווני עבור תמיכה מינימלית ללא התאמה פונקציונליות.
  • (FLT:0) שימוש בעיצוב ניווני של עיצוב התחדשות 1R) כדי לחקור אלפי גרסאות הפוגות מטרות ביצועים תוך צמצום התגברות יתר על המידה.
  • (FLT:0) עיצוב ערוצים פנימיים של ההרחבה 1:1 עם פיסות הצלב תומך עצמי - למשל, השתמש בפרופילים מלבניים או יהלומים במקום מעגלים - כדי להימנע מתומך בתוך ערוצי קירור או קווי קירור תואמים.
  • (ב) ,0) עובי קיר מקוצר 1 (בקיצור:0) כדי להימנע מאזורים דקים, שאינם תומכים שעשויים להתכרבל. אחידים או בהדרגה עובי משתנה בהדרגה עוזר יציבות תרמית.

חברות שמשקיעות ב-DfAM ותוכנות לעתים קרובות מדווחות על צמצום נפח של 30–70%, יחד עם הפחתה דומה בבניית זמן והעבודה לאחר עיבוד.

טכנולוגיות מתפתחות גורמות להגדלת צרכי התמיכה

כמו טכנולוגיית DMLS בוגר, כמה חידושים עושים פחות צורך, ובמקרים מסוימים, מיושנים.

Multi-Axis ו- Non-Planar Printing

DMLS מסורתי משתמש בגישה של פלאר, שכבת-על-ידי-שכבות מוגבלת לתנועת 2-axis.Newer מכונות עם יכולות מרובות-אקסי (למשל, 5-axis) יכולות להטיא את פלטפורמת הבנייה או לסובב את ראש הלייזר, ומאפשרות ל-Dhangs להיות מודפס באוריינטציה חיובית יותר ללא תמיכה בפועל. אלגוריתמים לא-תכנון מתאימים כדי לעקוב אחר החלק של טכניקות מוקדמות של טיפול, בעוד שעדיין תומך בטכניקות מחקר מסחריות רבות.

אבקות מתכת חינם ו Binders

התקדמות מדע חומרית מייצרת אבקות עם משככי התפשטות תרמי נמוך יותר יציבות בריכת התכה גבוהה יותר, צמצום הצורך בתמיכה. Binder סילוןing ואחריו חטא (תהליך אחר) באופן טבעי להימנע מתומך כי החלק הירוק מטופל במיטה אבקה.חומרי מתכת חדשים נקשרים מתכת יכולים להשיג נכסים ליד עופרת עם דרישות תמיכה נמוכות מאוד.

הדור של תמיכה אדמיניסטית ובקרת לייזר דינמי

כיום התוכנה מתאימה לתמיכה בגיאומטריה בזמן אמת בהתבסס על משוב תרמי מהבנייה.מערכות Closed-loop יכולות להתאים את כוח הלייזר, לסרוק מהירות ואסטרטגיה לסרוק כדי להפחית את הלחץ התרמית, ובכך לאפשר לתומכים להיות דקים ופחות. חלק מהמחקרים הראו כי שימוש באלגוריתמים "התמיכה הבולולית" יכול לקצץ את נפח התמיכה ב-50% תוך שמירה על איכות חלקית.

מסקנה

מבני תמיכה הם רוע הכרחי ב DMLS, אבל הם לא צריכים לשלוט על העלות והמורכבות של ייצור תוספת מתכת. על ידי הבנת פונקציות שלהם - ניהול יתר, יציבות גיאומטרית, ודבקות בשכבות - אנשים יכולים לקבל החלטות מושכלות לגבי איפה התומך באמת.באמצעות אוריינטציה חלקית, תמיכה עצמית של פיתוח גיאומטריה תמיכה, אופטימיזציה של ML, סימולציה מתקדמת, ועקרונות DfAM, תמיכה יכול להיות מופחת באופן דרמטי כמו אסטרטגיות הפעלה.