粉末除去プロセスにより、金属 3D プリント部品が損傷しますか? - 知識

一、粉体除去工程の根拠と必要性
SLM や EBM などの金属 3D プリント技術は、金属粉末を一度に 1 層ずつ溶かしてアイテムを構築します。印刷後、パーツはまだ溶けていない粉末の中に埋められます。これらの残った粉末が完全に除去されないと、多くの問題が発生する可能性があります。
構造上の危険性: 冷却チャネルまたは内部フローチャネルに粉末が詰まり、熱が逃げるのを妨げ、構造上の災害を引き起こす可能性があります。
性能の低下: 粉末の残留物により製品の表面の粗さが変化し、耐食性と疲労強度が低下します。
粉末の脱落は、医療用インプラントや航空機の分野で問題やミッション障害を引き起こす可能性があります。
したがって、粉末の除去は単なる洗浄手順ではありません。また、部品が適切に動作することを確認するための重要な要素でもあります。
2、粉体除去工程で発生する問題点と破損の危険性
粉を取ることはとても大切ですが、作業自体も大変で、下手をするとパーツを傷めてしまう可能性もあります。
1. 複雑な構造物の掃除は大変
金属 3D プリントされたオブジェクトの薄壁、内部のくぼみ、交差する穴などの場所には粉末が付着しやすいです。たとえば、ある種の液体酸素/灯油エンジンの噴射ヘッドには、何百もの噴射孔が千鳥状に配置されています。通常の気流と振動による洗浄の残留粉末率は、ある時点では 8% にも達することがあります。強く掃除しすぎると、機械的負担がかかりすぎて薄い壁が曲がったり、毛穴が壊れたりする可能性があります。
2. 粉末の特性と手順との相性
可変金属粉末は、非常に多様な粒子サイズ、流動性、および付着性を持っています。たとえば、チタン合金粉末は粒子が小さく反応性が高いため、部品の表面と反応する可能性があります。一方、ニッケル-ベースの合金粉末は非常に硬いため、振動で掃除すると表面に傷が付く可能性があります。粉体の性質に応じて間違った粉体除去方法（気流、振動、超音波など）を使用すると、危害を及ぼす危険性が大幅に高まります。
3. 手作業の欠点
大きな部品や精密な部品を手作業で洗浄するのはあまり効果的ではなく、うまく行うのが困難です。たとえば、航空宇宙分野の大きな構造部品には、小さな内部パイプと大きな内部パイプがあります。手で振ったり、振動させたりすると、動いたり、一箇所に過度の負担がかかり、亀裂が生じる可能性があります。また、作業者が適切な保護具を使用しないと、作業中に金属粉を吸い込む可能性があり、健康に悪影響を及ぼします。
3、損害を阻止し制御するために業界で講じられた措置
業界は、粉末除去手順中の損傷の危険を軽減するために、標準化された賢明な方法を多数考案してきました。
1. 設計の最適化: 最初から掃除しやすくします。
清掃性を重視した設計: 粉末が自然に流れるように、チャネル出口の角度を改善したり、排気穴のレイアウトを大きくしたりするなど、設計段階で洗浄の必要性を考慮します。設計パラメータを変更することにより、エンジンインジェクションヘッドのケーススタディにおける粉末残留率は 1% 未満にまで下がりました。
サポート構造の改善: 吊り下げ部分のサポート構造を取り外しやすくし、洗浄時に部品に触れないようにする。たとえば、Desktop Metal は分離可能なセラミックサポート技術を使用して、焼結プロセス中にサポートと部品がくっつかないようにしています。
2. 新しいやり方: 掃除をより速く、より正確に
粉末を自動的に洗浄するシステム: Zhejiang Tuobo の TCB-100 システムは、360- 度の 3 次元回転、振動、高圧空気流の組み合わせを使用して、粉末の膨大な部分を迅速かつ簡単に洗浄します。これにより、人が作業を行う必要性が軽減されます。この技術により、洗浄時間を 90% 節約し、部品に損傷を与える可能性を低くすることができます。
超音波および不活性ガスショック: 精密部品の場合、低周波超音波振動と不活性ガスショックにより、表面を傷つけることなく、ごく少量の残留粉末を除去できます。-たとえば、整形外科用インプラントを作成する場合、過度の気泡衝撃力を避けるために、超音波洗浄の頻度を粉末粒子のサイズに正確に調整する必要があります。
3. 検出とフィードバック: 洗浄品質のための閉ループシステム-
CT 検出テクノロジー: 洗浄後、工業用 CT で部品の内部をスキャンし、粉末残留物や構造上の問題を検出します。ある航空宇宙会社では、CT フィードバックの仕組みにより、クリアの合格率を 70% から 99% に引き上げました。
データベースの構築: さまざまな材料、幾何学的要素、洗浄技術に関する情報を含むデータベースをセットアップして、将来の生産が同じガイドラインに従うことができるようにします。たとえば、Liantai Technology は、チタン合金やアルミニウム合金などの材料に対応する SLM テクノロジー用の洗浄プロセスパラメーターパッケージを作成しました。