मेटल एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (एएम) के दौरान सपोर्ट को जोड़ना और हटाना लंबे समय से एक चुनौती रही है। प्रत्यक्ष धातु लेजर सिंटरिंग (डीएमएलएस) को एक उदाहरण के रूप में लेते हुए, थर्मल तनाव के कारण विरूपण से बचने और पिघले हुए पूल से गर्मी को दूर करने के लिए मुद्रण से पहले मॉडल को समर्थन संरचनाओं के साथ पूर्व-सेट करने की आवश्यकता होती है। ये ब्रैकेट समग्र रूप से डिजाइन और निर्माण का हिस्सा हैं। निर्माण के बाद, समर्थन संरचना को ध्वस्त कर दिया गया और त्याग दिया गया। समर्थन के बिना, एक निश्चित झुकाव कोण (आमतौर पर लगभग 45 डिग्री) के नीचे कैंटिलीवर संरचनाओं को प्रिंट करना मुश्किल है, जो अक्सर धातु 3 डी प्रिंटिंग सिस्टम के उपयोगकर्ताओं के लिए विकल्पों को सीमित करता है, और कई उपकरण ओईएम और एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग सॉफ्टवेयर कंपनियां भी लाता है। एक बड़ी चुनौती।
उपरोक्त समस्याओं को हल करने के लिए, EOS कंपनी एडिटिव माइंड्स के विशेषज्ञों ने अब स्टेटर रिंग, हाउसिंग, टर्बो पंप, तेल टैंक, हीट एक्सचेंजर्स, वाल्व और इम्पेलर्स जैसे समर्थन संरचनाओं के बिना 3 डी प्रिंटेड भागों का उत्पादन करने के लिए विभिन्न प्रक्रिया अनुकूलन तकनीकों का विकास किया है, जिनमें से बंद प्ररित करनेवाला अधिक विशिष्ट मामलों में से एक है। अनुकूलित डिज़ाइन सॉफ़्टवेयर और पैरामीटर पैकेज के माध्यम से, EOS उपयोगकर्ताओं को निचले कोणों (कभी-कभी शून्य भी) पर कैंटिलीवर और पुलों को प्रिंट करने में सक्षम बनाता है, जिसके लिए बहुत कम या कोई समर्थन की आवश्यकता नहीं होती है।
असमर्थित योज्य निर्माण भी प्रसंस्करण के बाद के चरण में बहुत समय बचाता है, क्योंकि किसी अतिरिक्त समर्थन को हटाने की आवश्यकता नहीं है। मैन्युअल रूप से हटाने के मामले में, यह कर्मचारियों के समय और अन्य कार्यों के लिए ऊर्जा को भी मुक्त करता है। एक समर्थन संरचना के बिना विनिर्माण भागों भी सामग्री अपशिष्ट को कम करता है, क्योंकि कुछ भी नहीं फेंका जाता है और भाग और समर्थन डिजाइन के सभी पहलू आवश्यक हैं। हालाँकि, यह एक आसान प्रक्रिया नहीं है, और सॉफ़्टवेयर डिज़ाइन विशेषज्ञ और निर्माता वर्षों से असमर्थित डिज़ाइन की चुनौती पर काम कर रहे हैं।
इस लेख में, यह मुख्य रूप से दिखाया गया है कि कैसे ईओएस के विशेषज्ञ इंपेलर के निर्माण के लिए असमर्थित पद्धति का उपयोग करते हैं। कई उद्योगों में संलग्न या ढके हुए इम्पेलर्स का उपयोग किया जाता है और वे आकार, आकार, सामग्री और प्रदर्शन आवश्यकताओं में व्यापक रूप से भिन्न होते हैं। संलग्न प्ररित करनेवाला अक्सर अत्यधिक परिस्थितियों जैसे उच्च घूर्णी गति, अत्यधिक संक्षारक मीडिया और अत्यधिक तापमान के कारण यांत्रिक भार के संपर्क में आते हैं। उदाहरण के लिए, अंतरिक्ष रॉकेटों में टर्बोपंप अनुप्रयोग, सूक्ष्म टर्बाइनों में संपीड़न प्रणाली, और तेल और गैस अनुप्रयोगों में समुद्री जल पंप।
पारंपरिक धातु 3 डी प्रिंटिंग में डिजाइन आवश्यकताओं का समर्थन करें
समर्थन के साथ 3डी-मुद्रित भागों को डिजाइन करना एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (एएम) के लिए एक मानक दृष्टिकोण रहा है। समर्थन की संख्या, आकार और स्थान कई कारकों द्वारा निर्धारित किया जाता है:
मुद्रण के दौरान अवशिष्ट तनाव 3D मॉडल के विरूपण का कारण बन सकता है। इस विकृति को शारीरिक रूप से रोकने के लिए समर्थन जोड़े जा सकते हैं;
भाग के मध्यवर्ती निर्माण को प्रभावित करने वाले रीकोटर का रुकावट भाग को कंपन कर सकता है या क्षति का कारण बन सकता है, जिसके परिणामस्वरूप असफल कार्य हो सकता है। ब्रैकेट का उपयोग रीकोटर द्वारा भागों को किसी भी प्रभाव से बचाने के लिए किया जाता है;
समर्थन के माध्यम से गर्मी हस्तांतरण भागों को निर्माण प्रक्रिया के दौरान तेजी से और अधिक सफलतापूर्वक ठंडा करने और बनाने की अनुमति देता है।
यह सुनिश्चित करने के लिए कि एक 3D प्रिंटर भागों का निर्माण और सफलतापूर्वक उत्पादन करता है, समर्थन डिज़ाइन को प्रभावित करने वाले कई कारणों पर विचार करने की आवश्यकता है, जिनमें शामिल हैं:
पार्ट ओरिएंटेशन यह निर्धारित करता है कि कितने हिस्से को सपोर्ट करने की जरूरत है। आमतौर पर, यदि भागों को उन्मुख किया जाता है ताकि एक बड़ा सतह क्षेत्र बिल्ड प्लेट पर न हो, तो उपरोक्त कारकों की भरपाई के लिए अधिक समर्थन की आवश्यकता होती है।
45 डिग्री या उससे कम के ओवरहैंग को आमतौर पर समर्थन संरचनाओं की आवश्यकता माना जाता है।
चैनल और छेद उनके आकार के आधार पर और क्या वे अप्रभावी रूप से उन्मुख हैं या नहीं, समर्थन के बिना विकृत हो सकते हैं।
मॉडल डिजाइन
सही विशेषज्ञता और रचनात्मक समस्या-समाधान कौशल के साथ, EOS की टीम ने उत्कृष्ट परिणामों के साथ "कम डिप्स को समर्थन जोड़ना चाहिए" की पूर्वकल्पित धारणा को तोड़ते हुए मॉडल को डिजाइन और निर्माण करने के नए तरीके सफलतापूर्वक विकसित किए हैं। असमर्थित संरचना और डीएमएलएस प्रक्रिया की क्षमताओं को प्रदर्शित करने के लिए इस लेख में प्रयुक्त प्ररित करनेवाला को ईओएस एडिटिव माइंड्स द्वारा 150 मिमी के व्यास के साथ 12 ब्लेड के साथ ओवरहांग कोणों के साथ 10 डिग्री तक डिजाइन किया गया था।
सदस्य झुकाव दिशा और समर्थन संरचना
इंपेलर्स आमतौर पर आंतरिक समर्थन से बचने के लिए एक झुकाव अभिविन्यास में मुद्रित होते हैं क्योंकि उन्हें निकालना मुश्किल होता है। हालांकि, इस अभिविन्यास के परिणामस्वरूप आम तौर पर लंबे समय तक निर्माण होता है, असमान सतह की गुणवत्ता होती है, और भाग की गोलाई प्रभावित होती है। प्लानर ओरिएंटेशन कई फायदे प्रदान करता है, जैसे कि कम निर्माण समय, बेहतर गोलाई और सटीकता, और पूरे हिस्से में एक समान सतह की गुणवत्ता। हालांकि, कम ओवरहैंग को आमतौर पर बहुत अधिक समर्थन की आवश्यकता होती है। वर्तमान डीएमएलएस प्रक्रिया के लिए, 35 डिग्री से कम के बड़े ओवरहैंग का समर्थन करने की आवश्यकता है। पुन: कोटिंग बलों और आंतरिक भाग तनाव की भरपाई के लिए पिघले हुए पूल से गर्मी को नष्ट करने के लिए समर्थन की आवश्यकता होती है।
असमर्थित डिज़ाइन अनुकूलन
ईओएस उन्नत मॉडल डिजाइन तकनीकों का लाभ उठाकर आंतरिक समर्थन जोड़ने की आवश्यकता को काफी कम कर देता है। एडिटिव निर्माण प्रक्रिया का डिज़ाइन अनुकूलन भी एक अन्य महत्वपूर्ण पहलू है जो मुद्रण की सफलता से संबंधित है। जबकि मुख्य रूप से समायोजित जोखिम रणनीतियों के उपयोग के माध्यम से आंतरिक समर्थन से बचा जा सकता है, बाहरी समर्थन संरचनाओं की अक्सर अभी भी आवश्यकता होती है।
इस लेख के प्ररित करनेवाला मामले में, ठोस भराव का उपयोग करने के बजाय, एक मजबूत प्लेटफ़ॉर्म कनेक्शन सुनिश्चित करने और निर्माण के दौरान विरूपण को रोकने के लिए स्व-सहायक मेहराब और पतली दीवारों का उपयोग करके भाग के नीचे को संशोधित किया गया था। यह उच्च शक्ति और बेहतर मशीनेबिलिटी प्रदान करते हुए पारंपरिक स्टेंट की तुलना में कम सामग्री के उपयोग की अनुमति देता है। प्ररित करनेवाला का बाहरी व्यास निर्माण के समय भाग को अधिक कठोरता प्रदान करने और आउटलेट किनारे पर ज्यामितीय सटीकता के नुकसान को रोकने के लिए बंद कर दिया गया है। इस प्ररित करनेवाला के लिए, एक उन्नत डिज़ाइन बिना किसी आंतरिक समर्थन के, मशीन-अनुकूलित और स्वावलंबी होने के साथ-साथ 15 प्रतिशत सामग्री की कमी को सक्षम बनाता है।
प्रक्रिया का इष्टतीमीकरण
प्ररित करनेवाला तथाकथित उच्च-ऊर्जा डाउनस्किन विधि (ओवरहैंगिंग सतहों के निर्माण के लिए उपयोग किए जाने वाले जोखिम का प्रकार) का उपयोग करके बनाया गया है। अनिवार्य रूप से, यह विधि अन्य डाउनस्किन मापदंडों को समायोजित करते हुए लेजर शक्ति को बढ़ाकर डाउनस्किन एक्सपोज़र के ऊर्जा घनत्व इनपुट को बढ़ाती है। यह एक बड़ा लेकिन अधिक स्थिर पिघला हुआ पूल पैदा करता है, खासकर जब ढीले पाउडर पर ओवरहैंग का निर्माण होता है। इस पद्धति का उपयोग कई सामग्रियों के लिए सफलतापूर्वक किया गया है जिनका उपयोग अक्सर प्ररित करने वाले (जैसे Ti64, 316L, AlSi10Mg, In718, आदि) बनाने के लिए किया जाता है।
इसलिए, यह सुनिश्चित किया जा सकता है कि सभी महत्वपूर्ण कोण इस अनुकूलित पैरामीटर से लाभान्वित हो सकते हैं। अन्य असमर्थित प्रौद्योगिकियों के विपरीत, उच्च-ऊर्जा डाउनस्किन दृष्टिकोण निर्माण गति का त्याग नहीं करता है और इसलिए समर्थन से बचने के लिए व्यावसायिक मामला है।
किसी भी प्रतिवाद की अनुपस्थिति में, उच्च-ऊर्जा डाउनस्किन विधि के परिणामस्वरूप गहरे वेल्ड पूल के कारण डाउनस्किन क्षेत्र में जेड-दिशा में बड़े हिस्से हो सकते हैं। पोस्ट-प्रोसेसिंग या डिज़ाइन को ट्वीव करके भागों को सही आकार में समायोजित किया जा सकता है। डाउनस्किन भी अपेक्षाकृत खुरदरा होता है, लेकिन खुरदरापन एक समान होता है, जो अपघर्षक प्रवाह मशीनिंग जैसी थोक सतह परिष्करण तकनीकों में मदद करता है। इसमें शायद ही कोई सरंध्रता है (नीचे चित्र देखें), सरंध्रता डाउनस्किन तक सीमित है। इसलिए, समग्र यांत्रिक गुण प्रभावित नहीं होते हैं और आप अभी भी EOS द्वारा विकसित उच्च-गुणवत्ता वाली InFill प्रक्रिया पर भरोसा कर सकते हैं। इसलिए, पर्याप्त यांत्रिक गुण प्राप्त करने के लिए गर्म आइसोस्टैटिक दबाने जैसी माध्यमिक प्रक्रिया की भी आवश्यकता नहीं होती है।
पोस्ट-प्रोसेसिंग (अपघर्षक प्रवाह मशीनिंग, एएम मेटल्स)
घर्षण प्रवाह मशीनिंग प्रवाह से संबंधित अनुप्रयोगों और आंतरिक ज्यामिति के लिए उपयोग की जाने वाली एक सामान्य सतह परिष्करण तकनीक है। घर्षण मीडिया को स्थिरता में रखे भाग के माध्यम से धकेला जाता है। मीडिया में अपघर्षक कण प्रवाह पथ के साथ सतह को पीसते और पॉलिश करते हैं। आंतरिक सतह परिष्करण की तैयारी के रूप में, बंद बाहरी व्यास को एएफएम प्रक्रिया के लिए स्थिरता के लिए समायोजित एक खुले, व्यास और भाग की ऊंचाई में मशीनीकृत करने की आवश्यकता होती है। प्री-मशीनिंग के बाद, भाग को क्लैंप किया जाता है और क्लैम्प की सहायता से अपघर्षक मीडिया को भाग के माध्यम से धकेला जाता है। एएफएम प्रक्रिया के बाद, प्ररित करनेवाला को अंतिम आकार के लिए तैयार किया जाता है।
अपघर्षक प्रवाह मशीनिंग (एएफएम) के साथ इलाज किया गया अंतिम भाग
3डी प्रिंटिंग तकनीक की निरंतर प्रगति के साथ, मेटल 3डी प्रिंटेड पुर्जे अंतिम उपभोक्ता बाजार की ओर विकसित होते रहेंगे।