Wie kann eine Beschädigung der Oberfläche der Teile während des Supportprozesses vermieden werden?

一, Um den möglichen Schadensmechanismus des Prozesses zu untermauern
1. Schäden durch mechanische Spannung
Dellen und Kratzer: Wenn sich herkömmliche Schleifscheiben oder Drahtbürsten vom Träger lösen, können harte Partikel Kratzer auf der Oberfläche von Teilen hinterlassen, insbesondere auf empfindlichen Materialien wie Titanlegierungen und Kobalt-Chrom-Legierungen.

Verformung und Rissbildung: Beim Fräsen oder Drehen kann es an der Stelle, an der der Träger auf das Teil trifft, zu Spannungen kommen. Dies kann zu lokalen Verformungen und sogar Mikrorissen führen, beispielsweise in Bereichen mit dünnen Wänden oder freitragenden Trägern.
2. Probleme in der Hitzeeinflusszone (HAZ)
Schneiden mit einem Laser: Beim Schneiden von Trägern können hochenergetische-Laserstrahlen dazu führen, dass Teile in bestimmten Bereichen zu heiß werden. Dies kann zu Oberflächenoxidation, Härteänderungen oder Kornvergröberung führen (wie bei der Hochtemperaturlegierung Inconel 718).
Elektroerosion (EDM): Die Entladung erzeugt eine sehr hohe Temperatur (bis zu 8.000–12.000 Grad), die die Oberflächenschicht wieder aufschmelzen und die Restspannung erhöhen kann.
3. Die Möglichkeit einer chemischen Verschmutzung
Korrosive Substanz: Wenn zum Entfernen des Trägermaterials chemisches Ätzen verwendet wird, kann eine unzureichende Kontrolle der Konzentration der Lösung dazu führen, dass die Oberfläche des Teils gleichmäßig korrodiert oder Löcher entstehen (z. B. wenn eine Aluminiumlegierung mit einer sauren Lösung reagiert).
Kreuzkontamination: Wenn Trägermaterialien (wie Edelstahl) mit Komponentenmaterialien (wie Titanlegierungen) zum Recycling gemischt werden, können Verunreinigungen in die Mischung gelangen und die Eigenschaften der Materialien verändern.
2, Prozessoptimierung: volle Kontrolle über den Prozess vom Entwurf bis zur Verarbeitung
1. Verbesserung des Designs der Tragstruktur
Verkleinern Sie die Kontaktfläche: Um die mechanische Kraft beim Abheben der Stütze zu verringern, verwenden Sie Punktauflage oder Linienauflage statt Flächenauflage. Beispielsweise kann das Stützdesign medizinischer Implantate wie Hüftgelenkpfannen dazu führen, dass der Kontaktdurchmesser kleiner als 0,5 mm ist.
Design, das leicht zu brechen ist: Machen Sie Schwachstellen in der Verbindung zwischen der Stütze und den Teilen, wie z. B. V-förmige Rillen oder vor-gebohrte Löcher, damit Sie sie leichter von Hand brechen oder später mit geringem Druck schneiden können.
Lösliches Trägermaterial: Für komplizierte Innenstrukturen werden wasserlösliche oder heißschmelzende Trägermaterialien wie Polyvinylalkohol (PVA) verwendet. Diese Materialien werden durch Auflösen oder Erhitzen entfernt, um mechanischen Kontakt zu vermeiden.
2. Präzise Kontrolle der Verarbeitungsparameter
Stressarmes Schneiden:
Drahtschneiden (WEDM): Verwendung von Parametern mit einer Pulsbreite von weniger als 10 μs und einem Spitzenstrom von weniger als 5 A, um den Wärmeeintrag gering zu halten und ein erneutes Schmelzen der Oberfläche zu verhindern.
Wasserstrahlschneiden: Um kalt zu schneiden und thermische Einflüsse zu vermeiden, wird der Druck zwischen 200 und 400 MPa gehalten. Dies geschieht mit reinem Wasser oder einem Wasserstrahl mit Zusatz von Schleifmitteln wie Granat.
Schichtfräsen: Für dicke Trägersysteme eignet sich eine Schichtfrästechnik mit kurzer Schnitttiefe (<0.2mm) and a high feed rate (>500 mm/min) wird verwendet, um die Schnittkraft zu verteilen und das Risiko einer Verformung zu verringern.
3. Anwendung vieler Prozesse zusammen
Lasermechanischer Verbundträger: Verwenden Sie zunächst einen Laser mit geringer-Leistung (weniger als 100 W), um die Verbindung zwischen dem Teil und dem Träger zu schmelzen. Brechen Sie es dann mit Handwerkzeugen auf, um die mechanische Belastung zu verringern. Die Concept Laser M2-Maschine von GE Additive nutzt diese Technologie beispielsweise für die Bearbeitung von Titanlegierungsteilen.
Chemisch-mechanische synergistische Behandlung: Bei Teilen aus einer Aluminiumlegierung verwenden Sie zunächst eine alkalische Lösung (wie NaOH), um einen Teil des Trägers aufzulösen. Um Kratzer zu vermeiden, polieren Sie anschließend den Rest der Struktur mit einem weichen Poliertuch (z. B. Nylon).
3, Auswahl von Werkzeugen und Materialien: Barriere zum Schutz der Oberfläche
1. Werkzeuge, die sich nicht berühren
Unterstützung für Ultraschall: Verwendung hochfrequenter Vibrationen (20–40 kHz), um die Stützstruktur aufzubrechen, was für Präzisionsteile wie Mikrokanalsysteme gut ist. Das Ultraschall-Stützsystem von Sonic Mill kann beispielsweise Stützen mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm aufnehmen.
Beim Plasmaätzen handelt es sich um den Prozess der selektiven Entfernung von Trägermaterialien mithilfe von Niedertemperaturplasma, z. B. einem Ar/O2-Mischgas, um zu verhindern, dass sie einander berühren. Dieser Ansatz wurde für Träger aus einer Kobalt-Chrom-Legierung ohne Träger mit einer Oberflächenrauheit von Ra angewendet<0.8 μm.
2. Werkzeuge, die weich oder biegsam sind
Silikon-Polierkopf: Ein Silikon-Polierkopf mit einer Shore-A-Härte von 30–50, der sich langsam dreht (weniger als 500 U/min), kann zum Reinigen gebogener Teile verwendet werden und macht Kratzer weniger sichtbar.
Magnetische Polierlösung: Ferromagnetische Partikel (wie Siliziumkarbid) werden in Träger auf Öl-{0}}- oder Wasser---Basis gegeben und die Partikel mithilfe eines Magnetfelds bewegt, um tote Stellen zu polieren. Die magnetische Polierlösung von Magnalux wurde beispielsweise zur Bearbeitung von Flugzeugtriebwerksschaufeln ohne jegliche Unterstützung eingesetzt.
3. Technologie zur Verarbeitung bei niedrigen Temperaturen
Kühlfräsen mit flüssigem Stickstoff: Sprühen Sie während des Fräsvorgangs flüssigen Stickstoff (-196 Grad) auf das Trägermaterial, um es spröde zu machen, die Schnittkraft zu verringern und zu verhindern, dass die Teile zu heiß werden. Diese Methode wurde bei nicht unterstützten Hochtemperaturlegierungsteilen auf Nickelbasis eingesetzt, deren Oberflächenhärte sich um weniger als 5 % ändert.
Reinigung mit Trockeneisstrahlen: Zum Versprühen von Trockeneispartikeln (-78 Grad) wird ein Hochdruckluftstrom (0,5–0,7 MPa) eingesetzt. Dadurch wird die Stützstruktur spröde und fällt ab, was sich positiv auf komplizierte interne Leitungen auswirkt.
4, Schutz nach der Verarbeitung: zwei Garantien für Reparatur und Verstärkung
1. Technologie zur Befestigung von Oberflächen
Laserauftragschweißen: Das gleiche Material wird zum Beheben von Mikrokratzern oder Grübchen verwendet, die nach dem Entfernen des Trägermaterials entstehen. Sie können die Dicke der Mantelschicht zwischen 10 und 50 μm wählen und die Bindungsfestigkeit mit dem Untergrund beträgt über 400 MPa.
Elektrochemisches Polieren: Verwendung von Elektrolyten (z. B. einer Mischung aus Phosphorsäure und Schwefelsäure), um auf der Oberfläche von Objekten hervorstehende Teile selektiv aufzulösen und so eine glatte Oberfläche zu erzielen. Beispielsweise kann elektrochemisches Polieren die Oberflächenrauheit Ra von Titanlegierungsteilen von 3,2 μm auf 0,2 μm senken.
2. Schutz vor Beschichtungen
Physical Vapour Deposition (PVD): Das Aufbringen harter Beschichtungen wie TiN und CrN auf die Oberfläche von Gegenständen mit einer Dicke von 1–3 μm kann diese deutlich widerstandsfähiger gegen Verschleiß und Korrosion machen. Nach einer TiN-Beschichtung erhöht sich beispielsweise die Oberflächenhärte medizinischer Implantate um das Dreifache und der Reibungskoeffizient sinkt um 50 %.
Chemische Konversionsbeschichtung: Durch eine chemische Behandlung, beispielsweise durch Chromatpassivierung, entsteht eine dicke Oxidablagerung auf der Oberfläche des Teils. Dadurch wird eine Sekundärkontamination während des nicht unterstützten Prozesses verhindert. Nach einer Chromatierung können Teile aus Aluminiumlegierungen beispielsweise mehr als 1000 Stunden lang Salzsprühkorrosion widerstehen.