Bliższe spojrzenie na struktury wspomagające druk 3D

Struktury wsparcia są koniecznym złem druku 3D. Mogą być frustrujące i czasochłonne, ale muszą powstrzymać wiele części przed zawaleniem lub zniekształceniem. W artykule zatytułowanym "Struktury wspomagające dla produkcji addytywnej: przegląd", grupa badaczy przyjrzy się bliżej podpórkom i ich różnym formom i funkcjom oraz oceni niektóre z badań, które już na nich przeprowadzono CD3D .

Cele struktur wsparcia, według naukowców, można podzielić na trzy typy:

Struktury wspomagające, choć konieczne, mają również wiele wad, w tym tworzenie nadmiaru materiału, którego często nie można ponownie wykorzystać, a także tworzenie wielu dodatkowych zadań do usunięcia. Powodują one również dłuższy czas drukowania oraz dodatkową pracę i wiedzę wymaganą do ich prawidłowego wygenerowania. W artykule omówiono sposoby obejścia niektórych z tych przeszkód, w tym optymalizację orientacji części i struktury podpór, a także zastosowanie protez lub rozpuszczalnych podpór lub kąpieli wspomagających.

W badaniu naukowcy spójrz na inne publikacje, które poświęcono strukturom druku 3D, i przekonaj się, że większość z nich koncentruje się na drukowaniu 3D FDM, a nie na metalowych procesach drukowania 3D.

"Przyczyna tego jest prawdopodobnie ze względu na nieunikniony i wyższy wymóg wsparcia w dziedzinie FDM oraz popularność techniki drukowania ", stwierdzają naukowcy. "FDM potrzebuje materiału pod drukowaną warstwą, ponieważ jest oparty na ekstruzji, podczas gdy w przypadku procesów proszkowych proszek może pełnić rolę wsparcia. Ponadto niewykorzystany proszek, który działa jako nośnik, może zostać ponownie użyty w pewnym zakresie w przyszłości. Jednakże wsporniki wytworzone w procesach opartych na wytłaczaniu zasadniczo nie mogą być ponownie użyte, o ile wsporniki nie są ponownie wytwarzane na filamenty. W przypadku procesów ze złożem proszkowym, materiałem nośnym jest ogólnie poprawa przed naprężeniami termicznymi podczas produkcji i zakotwiczenie zadrukowanej części w obrębie objętości kompilacji. "

Wiele badań dotyczyło optymalizacji orientacji części w celu aby zminimalizować użycie wsparcia, ale inne są przeznaczone do całkowitego wyeliminowania korzystania z pomocy technicznej. Jeden zespół badawczy próbował zastosować pochyloną metodę osadzania dla FDM, ale metoda ta jest nieco skomplikowana i obejmuje kontrolę nad kierunkiem dyszy. Inna propozycja dotyczyła użycia wody lub lodu jakoobsługuje konstrukcje SLA.

"Chociaż ta strategia wydaje się eliminować użycie materiału części jako wsparcia, zamiast tego wymaga wielokrotnego podgrzewania i chłodzenia wody w celu wywołania niezbędnej zmiany fazy, co może być mniej energooszczędne, "Wskazują naukowcy.

Projektowanie struktur wsparcia powinno opierać się na kilku zasadach. Podparcie powinno zapobiegać zapadaniu się lub wypaczaniu części, zwłaszcza zewnętrznemu obszarowi konturu; w przypadku procesów metalowych należy wziąć pod uwagę stres i odkształcenie, a modelowanie symulacyjne można uwzględnić w projekcie. Połączenie między podporami a końcową częścią powinno być minimalną wymaganą siłą, aby usunięcie było jak najprostsze, a obszar styku pomiędzy podporą a końcową częścią powinien być tak mały, jak to możliwe, aby zminimalizować uszkodzenia. Należy również wziąć pod uwagę zużycie materiałów i czas budowy.

Struktury wsparcia są nieuniknione w wielu procesach druku 3D, podsumowują naukowcy, ale należy dołożyć więcej wysiłku, aby zminimalizować negatywne skutki podpór. W badaniach, które oceniali, wskazano kilka luk, w tym brak kompleksowej metody redukcji materiału podporowego przy zachowaniu wytrzymałości mechanicznej i jakości powierzchni.

innowacyjne i twórcze metody, które mogą w dużej mierze zminimalizować lub nawet uzyskać zero wsparcia dla AM są pilnie potrzebne ", podsumowują naukowcy. "Modelowanie struktury wsparcia musi zostać przyjęte w przyszłości, szczególnie w przypadku procesów metalowych. Ponadto w przyszłości należy wprowadzić ujednolicony model i jednolite kryteria w celu sprawiedliwego porównania różnych metod wsparcia i wyboru najbardziej ekonomicznej strategii. Wreszcie, optymalizacja topologii jest niezbędna, aby zostać zintegrowaną ze strukturami wsparcia dla dalszego zmniejszania wykorzystywanych materiałów, dzięki czemu AM jest bardziej zrównoważoną technologią. "

Autorami publikacji są Jingchao Jiang, Xun Xu i Jonathan Stringer.