Vai visām metāla 3D drukātajām daļām ir jāveic pēc-apstrāde?

1. Tehniskais princips: "iedzimti defekti" piedevu ražošanā un veids, kā tos novērst pēcapstrādē{1}
Metāla 3D drukāšanas pamatideja ir "slāņa sakraušana". Tas nozīmē metāla pulvera kausēšanu ar lāzera vai elektronu staru, lai izveidotu trīsdimensiju formu. Pat ja šī procedūra var bez maksas izveidot sarežģītas ģeometriskas struktūras, tai vienmēr būs šādas tehniskas problēmas:

Pārāk daudz raupjuma uz virsmas: kausējuma baseina sacietēšanas marķējumi starp apdrukātajiem slāņiem rada "pakāpju efektu", kas padara virsmas raupjumu (Ra vērtību) augstāku, nekā tas būtu ar tradicionālo apstrādi. Piemēram, titāna sakausējuma 3D drukāto detaļu virsmas raupjums var būt Ra 10–20 μm, turpretim lidaparātu dzinēju lāpstiņām virsmas raupjums Ra ir mazāks par 0,8 μm vai vienāds ar to.
Atlikušā sprieguma veidošanās: ja detaļu ātri uzsildāt un atdzesējat, tā var radīt stiepes spriegumu daļas iekšpusē, kas var izraisīt tās izliekšanos, deformāciju vai plaisāšanu. Aviācijas strukturālo komponentu projekta gadījuma izpēte parāda, ka 3D drukātās titāna sakausējuma daļas, kas nav apstrādātas, pēc frēzēšanas var saliekties līdz pat 1,2 mm, kas ir daudz vairāk nekā konstrukcijas pielaide.
Mikrostruktūras defekti: mikro defektus, piemēram, porainību un saplūšanas trūkumu gabalos, izraisa pulvermetalurģijas formēšanas process. Pētījumu dati liecina, ka ar SLM tehniku ​​ražoto alumīnija sakausējuma komponentu porainība var sasniegt 0,5% līdz 2%, kas ievērojami samazina noguruma kalpošanas laiku.
Pēc-apstrādes tehnoloģija izmanto fizikālas, ķīmiskas vai termodinamiskas metodes, lai noteiktā veidā novērstu uzskaitītās problēmas.

Mehāniskā apstrāde. Piecu{0}}asu CNC darbgalds var padarīt svarīgas virsmas pietiekami gludas, lai tās būtu mazākas par Ra 0,4 μm.
Termiskā apstrāde ir process, kā atbrīvoties no atlikušā sprieguma un uzlabot graudu struktūru. Atlaidināšana un šķīduma apstrāde ir divi piemēri. Piemēram, pēc termiskās apstrādes turbokompresora daļas atlikušais spriegums noteiktā automašīnā samazinās par 75%, bet gabarītu stabilitāte palielinās par 30%.
Karstā izostatiskā presēšana (HIP): poru saspiešana apstākļos ar augstu spiedienu un temperatūru, lai iegūtu materiāla blīvumu tuvu 100%. Aviācijas un kosmosa nozarē ir konstatēts, ka HIP apstrāde divkāršo vai trīskāršo detaļu noguruma ilgumu.
2. Kvalitātes prasība: pāreja no "lietojama" uz "uzticamu"
Kvalitātes kritēriji vietām, kur tiks izmantotas metāla 3D drukātās detaļas, ir tieši saistīti ar šādu detaļu pēcapstrādes vajadzībām. Pēc-apstrāde ir kļuvusi par nepieciešamu darbību šādās situācijās:

Augstas precizitātes joma: medicīniskajiem implantiem jāatbilst ISO 13485 medicīniskajam standartam, un virsmas raupjumam jābūt Ra 0,8 m, lai baktērijas nepieliptu pie tiem. Lai pārliecinātos, ka nav iekšēju defektu, lidmašīnas dzinēja lāpstiņas jāpārbauda tā, lai tās nesabojātu, piemēram, CT skenēšana. Porainībai jābūt mazākai par 0,1%.
Dinamiskās slodzes vide: tādām detaļām kā zobrati, vārpstas un citas automašīnu daļas ir jāspēj izturēt mainīgu stresu. Atlikušā sprieguma koncentrācija var samazināt neapstrādātu 3D drukāto detaļu noguruma kalpošanas laiku par vairāk nekā 50%.
Lai kuģniecības inženiertehniskajām daļām būtu izturīgas pret koroziju, tām ir jāiztur sāls izsmidzināšanas tests (piemēram, ASTM B117 standarts). Virsmas apstrāde, piemēram, anodēšana un galvanizācija, var nodrošināt aizsargplēvi, kas padara detaļas vairāk nekā desmit reizes izturīgākas pret koroziju.
Taču ne katrai situācijai ir nepieciešama liela pēc{0}}apstrāde. Piemēram,

Prototipa verifikācijas posms: lai paātrinātu izstrādes ciklu, precīzā apstrāde var izlaist ne{0}}kritiskos elementus, kas tiek izmantoti funkcionālajai pārbaudei. Ātri ražojot čaulas prototipus, plaša patēriņa elektronikas uzņēmums samazināja laiku, kas bija nepieciešams, lai veiktu izmaiņas dizainā, no 6 nedēļām uz 2 nedēļām.
Daļas, kas veido iekšpusi: ja iegultie elementi vai virsmas, kas nepieskaras viena otrai, neietekmē kopējo veiktspēju, var saglabāt sākotnējo virsmu. Degvielas cauruļvada kronšteins noteiktam lidmašīnas dzinējam ir uzlabots tā, ka tikai 40% no platības ir jāapstrādā vēlreiz.
Sistēma īpašiem materiāliem: to viendabīgās mikrostruktūras dēļ 3D drukātās detaļas, kas izgatavotas no dažiem jauniem sakausējumiem, tostarp augstas entropijas sakausējumiem, var nekavējoties atbilst veiktspējas kritērijiem. Pētījumi ir parādījuši, ka CoCrFeNi sakausējuma komponenti ar noteiktu sastāvu var atbilst nodilumizturības kritērijiem, neprasot termiskās apstrādes pēc-drukāšanas.
3, Izmaksas un efektivitāte: pēcapstrādes "ekonomiskā robeža".
Izvēloties pēc{0}}apstrādi, jums ir jāatrod līdzsvars starp labāku veiktspēju un augstākām izmaksām. Piemēram, apskatīsim projektu noteiktai lidmašīnas struktūras daļai:

Tiešās drukāšanas izmaksas: detaļu drukāšana aizņem 120 stundas, un aprīkojums un pulveris maksā aptuveni 80 000 juaņu.
Pēc{0}}apstrādes izmaksas ir 20 000 juaņu par termisko apstrādi, 30 000 juaņu par CNC precīzo apstrādi un 10 000 juaņu par testēšanu, kopā 60 000 juaņu.
Visaptverošas priekšrocības: pēc-apstrāde ir paaugstinājusi detaļu kvalifikācijas līmeni no 65% līdz 92%, samazinājusi vienības izmaksas no 123 000 juaņu līdz 109 000 juaņu un atbilst lidojumderīguma sertifikācijas prasībām.
Nozarē pēcapstrādes{0}}ekonomiskās robežas ir atkarīgas no tālāk norādītajām lietām.

Daļu sarežģītība: jo sarežģītāka struktūra, jo grūtāk un dārgāk to apstrādāt. Piemēram, lai noņemtu atbalstu no turbīnas diska ar iekšējo plūsmas kanālu, katra gabala pārgriešana ar elektrisko izlādi maksā vairāk nekā 50 000 juaņu.
Partijas mērogs: ražojot preces nelielās partijās, pēc{0}}apstrādes izmaksas ir ļoti sadalītas; veidojot lietas plašā mērogā, procesa optimizācija var samazināt vienības izmaksas. Kāds automašīnu uzņēmums ir samazinājis vienas preces cenu no 150 juaņām līdz 80 juaņām, izmantojot tipiskas pēcapstrādes metodes.
Veiktspējas dublēšana: ja dizains pieļauj dažas veiktspējas izmaiņas, tas var samazināt pēc apstrādes nepieciešamo darbību skaitu. Piemēram, noteikta instrumenta armatūra samazina piegādes laiku par 40%, mainot pielaides diapazonu un atbrīvojoties no termiskās apstrādes posma.