Jaki jest wpływ pozostałości proszku na działanie części?

一, Fizyczna i chemiczna natura pozostałości proszku: związek od wad mikroskopowych do uszkodzeń makroskopowych
Pozostałości proszku składają się z cząstek stałych, które nie zostały całkowicie usunięte w procesie produkcyjnym. Ich skład, rozmiar, kształt i rozmieszczenie mają bezpośredni wpływ na działanie części. W świecie druku 3D z metalu resztki proszku mogą zawierać cząstki metalu, które nie zostały ze sobą stopione, wtrącenia tlenkowe lub proszek satelitarny (małe cząstki przylegające do większych cząstek). Na przykład po 15-krotnym użyciu proszku Ti6Al4V w procesie topienia wiązką elektronów (EBM) powłoka tlenkowa na powierzchni cząstek stała się grubsza. Spowodowało to błędy wtopienia wewnątrz części i sprawiło, że była ona 69 razy mniej odporna na naprężenia. Ta niewielka wada może przekształcić się w źródło pęknięć, gdy komponent jest ładowany wielokrotnie, co znacznie ogranicza jego żywotność.
W świecie produkcji elektroniki pozostałości nieorganiczne na powierzchni PCBA (zespołu płytek drukowanych), w tym węglany i węgliki w topniku lutowniczym, mogą obniżyć rezystancję izolacji i zwiększyć prąd upływowy. Eksperymenty wykazały, że gdy stężenie resztkowe przekracza 0,1 mg/cm², prąd upływowy pomiędzy złączami lutowanymi może wzrosnąć o trzy rzędy wielkości. Może to powodować korozję metalowej powierzchni w wilgotnym otoczeniu, co może prowadzić do słabego styku, a nawet awarii obwodu otwartego. Pozostałości organiczne, takie jak kalafonia i tłuszcz, mogą tworzyć powłoki izolacyjne, które utrudniają działanie połączeń elektrycznych i powodują problemy, które pojawiają się i znikają.
2. Sposób, w jaki pozostałości proszku wpływają na działanie części: efekt sprzęgania w wielu-skalach
1. Spadek wydajności mechanicznej: ukryte katalizatory zmęczenia i pękania
Pozostałości proszku zmieniają mikrostrukturę materiałów, co zmienia ich właściwości mechaniczne. Sposób, w jaki resztkowe rozpryski są rozprowadzane w procesie topienia laserowego złoża proszku (LPBF), jest ściśle powiązany z podejściem skaningowym. Badania wykazały, że skanowanie w kierunku przepływu powietrza (np. S-270 stopni) może skutkować 30% wzrostem osadzania się odprysków na złożu proszku, tworząc porowatość lub niepełne wady stopienia w jeziorku stopu, a tym samym zmniejszając gęstość składników. Dane eksperymentalne wskazują, że granica zmęczenia elementów ze stali nierdzewnej 316L z zawartością porów wynoszącą 0,5% objętościowo jest zmniejszona o 40% w porównaniu z elementami pozbawionymi defektów.
Wielokrotne używanie proszku może również zmienić jego właściwości, co może mieć wpływ na działanie części. Na przykład po 15 użyciach proszku stali nierdzewnej 17-4PH rozkład wielkości cząstek proszku zwęził się (D10 wzrósł z 20,8 μm do 25,3 μm), proszek satelitarny zmniejszył się, a płynność wzrosła o 15%. Wytrzymałość na rozciąganie nie zmieniła się zbytnio, ale trwałość zmęczeniowa w wysokich cyklach wzrosła o 20%. Dzieje się tak dlatego, że proszek z recyklingu został nałożony bardziej równomiernie i naprawiono lokalne usterki. Jeśli jednak proszek jest bardzo utleniony (jak proszek Ti6Al4V), utworzy się twarda i krucha warstwa tlenku. Warstwa ta będzie wówczas najlepszym sposobem na rozprzestrzenianie się pęknięć.
2. Mniej niezawodna funkcjonalność: jest to częsty problem w elektronice i naukach biomedycznych.
W produkcji elektroniki zagrożenia związane z pozostałościami proszku są jak „bomba zegarowa”. Badanie problemu w sprzęcie elektronicznym samolotu ujawniło, że cząsteczki pyłu o wielkości 0,3 μm osiadły na powierzchni układu scalonego z odstępem rowków wynoszącym 0,5 μm, co doprowadziło do powstania uszkodzeń typu „pinhole” i awarii gadżetu po 2000 godzinach pracy. Pozostały talk (cząsteczki 1–10 µm) na zewnętrznej stronie rękawiczek medycznych może również zawierać bakterie lub białka lateksu, które mogą powodować alergie. Badania kliniczne wskazują, że używanie rękawiczek zawierających 0,5 mg/g talku zwiększa ryzyko reakcji alergicznych wśród personelu medycznego z 2% do 15%, a ciężkie przypadki mogą prowadzić do wstrząsu anafilaktycznego.
3. Zakłócenia procesu: Wpływ złoża proszkowego na generator azotu na poziomie systemu
Pozostałości proszku mogą również pogarszać działanie części, zakłócając proces produkcyjny. Podczas rzeźbienia lub frezowania ceramiki pył tlenku glinu (twardość HV2000) dodany do systemu szyn prowadzących porysuje powierzchnię szyny prowadzącej niczym papier ścierny. Zwiększy to chropowatość Ra z 0,2 μm do 1,0 μm, co obniży dokładność obróbki o 50%. Po sproszkowaniu węglowego sita molekularnego w generatorze azotu proszek będzie również blokował kanał przepływowy wieży adsorpcyjnej. Spowoduje to obniżenie czystości azotu z 99,99% do 95%, co nie jest wystarczające do produkcji chipów elektronicznych. Spowoduje to wzrost poziomu złomowania produktów o 30%.
3, Strategia kontroli i granica technologiczna: od zezwolenia pasywnego do aktywnego zapobiegania
1. Optymalizacja procesu: ograniczenie źródła pozostałości po produkcji
Projektowanie strategii skanowania: Stosowanie kierunku skanowania S-45 lub S-180 stopni w procesie LPBF może zmniejszyć osadzanie się przez rozpryskiwanie i ilość pozostałego złoża proszku o 40%.
Zarządzanie proszkiem: Aby zapobiec zlepianiu się proszku z powodu zbyt dużej ilości drobnego proszku (<20 μ m), you can use screening (such a 150 μ m sieve) and air flow classification to control the size of the particles. For instance, one airline cut the amount of 3D printed powder from 15% to 8%, and the parts' porosity went down from 0.8% to 0.2%.
Kontrola środowiska: Utrzymanie warsztatu elektronicznego w czystości zgodnie ze standardami ISO klasa 5 (klasa 100) może zmniejszyć ilość pozostałości zanieczyszczeń na powierzchni PCBA o 90%, a wskaźnik awaryjności o 75%.
2. Efektywna technologia czyszczenia: od ręcznego do maszynowego
Metoda czyszczenia zabezpieczona przed eksplozją: System Tuobo z dodatkami TCB przeznaczony jest do automatycznego czyszczenia wnętrza dużych detali drukowanych 3D, jednocześnie chroniąc je przed gazem obojętnym. Charakteryzuje się współczynnikiem odzysku proszku wynoszącym 98% i skraca czas pracy ręcznej o 90%.
Ekspres do kawy wprowadzony na rynek w 2025 roku był wyposażony w tę technologię, która wykorzystuje-wibracje o wysokiej częstotliwości, aby wyeliminować podłączanie rur i zmniejszyć ilość kawy mielonej pozostającej w ekspresie z 3% do 0,5%.
Wykrywanie poziomu nano: Pozostałą morfologię proszku analizuje się za pomocą metody dyfrakcji laserowej (z dokładnością do 0,1 μm) lub skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Zapewnia to wsparcie danych dla optymalizacji procesów.
3. Nowe materiały: obniżenie wrażliwości szczątkowej
Projektuj proszki o małej pozostałości: Twórz proszki, które są bardzo kuliste i dobrze się rozprowadzają (np. proszek ze stali nierdzewnej 316L rozpylany gazem, przepływomierz Halla oceniający płynność 25 s/50 g), aby ograniczyć rozpryskiwanie podczas rozprowadzania proszku.
Powłoka biodegradowalna: Do powlekania rękawic medycznych stosuje się włókno trzciny cukrowej. Włókno to może pęcznieć pod wpływem wody, co może ograniczyć wyciek resztek proszku o 20% i zmniejszyć ryzyko alergii.
Ekstrakcja pod ciśnieniem dynamicznym: Podczas przygotowywania kawy w kapsułkach stosuje się segmentową regulację ciśnienia w celu poprawy przepływu wody, co zmniejsza ilość drobnego proszku pozostającego w kawie o 15%.