Vai visām metāla 3D drukātajām daļām ir nepieciešama termiskā apstrāde?

1. Termiskās apstrādes galvenais uzdevums ir atbrīvoties no trūkumiem un padarīt lietas labākas.
Sildīšanas, izolācijas un dzesēšanas procesi var ievērojami uzlabot metāla 3D drukāto detaļu mikrostruktūru ar termisko apstrādi. Tādējādi daļas kopumā darbojas labāk.
Atbrīvošanās no atlikušā sprieguma: nevienmērīga dzesēšana un sacietēšana drukāšanas laikā var viegli radīt atlikušo spriegumu gabalu iekšpusē, kas var izraisīt to saliekšanos vai saplīst. Lēna dzesēšana visā atkausēšanas procesā var palīdzēt mazināt stresu. Piemēram, pēc atkausēšanas aviācijas un kosmosa konstrukcijas daļu sprieguma samazināšanas līmenis var būt lielāks par 80%.
Mehānisko īpašību uzlabošana: rūdīšana un rūdīšana kopā var padarīt lietas daudz grūtākas un stiprākas. Piemēram, pēc rūdīšanas 316L nerūsējošais tērauds ir par 30% cietāks un izturīgāks pret nodilumu, tāpēc tas ir piemērots mehāniskām daļām, kurām ir jānes liels svars.
Graudu pilnveidošana: virziena pārkristalizācijas process pārvalda termisko gradientu, lai sīkus graudus sapludinātu kolonnu kristālos. Tādējādi materiāls ir labāk izturīgs pret šļūdei augstā temperatūrā. MIT pētījumi liecina, ka pēc virziena rekristalizācijas apstrādes niķeļa{2}}bāzes augstas temperatūras-sakausējumu graudu izmērs palielinās par vairākām kārtām, un šļūdes kalpošanas laiks ilgst daudz ilgāk.
Apstrāde blīvēšanai: Karstā izostatiskā presēšana (HIP) atbrīvo no iekšējām porām, izmantojot augstu temperatūru un augstu spiedienu. Tas padara materiāla blīvumu gandrīz 100%. Piemēram, HIP apstrāde ir palielinājusi gaisa kuģu dzinēju turbīnu disku zema cikla noguruma kalpošanas laiku no 5000 cikliem līdz 20 000 cikliem.
2. Situācijas bez termiskās apstrādes: materiālu īpašību un procesu uzlabošana
Lai gan termiskai apstrādei ir daudz priekšrocību, komponentus var izmantot uzreiz bez papildu piepūles šādās situācijās:
Detaļas, kurām nav nepieciešams liels spriegums: ja detaļas struktūra ir vienkārša, izmērs ir pieticīgs un tai nerūp atlikušais spriegums, jums nav nepieciešams to atkausēt. Piemēram, nelielas dekoratīvas vai nenesošas konstrukcijas daļas, visticamāk, neizkropļos un nepadara termisko apstrādi naudas vērtu.
Dažādas materiālu un procesu kombinācijas: daži materiāli drukāšanas laikā ir radījuši perfektas mikrostruktūras. Piemēram, elektronu staru selektīvās kausēšanas (EBSM) tehnika atdziest lēnāk, kas nozīmē, ka titāna sakausējuma (Ti6Al4V) apdrukātās detaļas nekļūst tik rupjas, un tas ir labi medicīniskiem implantiem, jo ​​tiem ir jābūt bioloģiski saderīgiem.
Scenārijs, kā pievērst uzmanību virsmas kvalitātei: ja detaļai ir jābūt ļoti gludai, termiskā apstrāde var izraisīt tās oksidēšanos vai formas maiņu. Šajā brīdī termisko apstrādi var aizstāt ar virsmas apstrādes metodēm, tostarp ķīmisko pulēšanu un lāzera pulēšanu. Pēc elektroķīmiskās pulēšanas porainu titāna sakausējuma implantu virsmas raupjums samazinās no 6–12 μm līdz 0,2–1 μm bez papildu termiskās apstrādes.
Ātrās prototipēšanas pārbaude: termiskā apstrāde var pagarināt izstrādes ciklu produkta izstrādes posmā. Piemēram, plaša patēriņa elektronikas jomā integrētās elastīgās eņģes ir ātri jāizgatavo tās prototipa daļas, un drukāto detaļu izmantošana var paātrināt verifikācijas procesu.
3. Ietvars lēmumu pieņemšanai: pareizā līdzsvara atrašana starp veiktspēju, izmaksām un efektivitāti
Lai izlemtu, vai veikt termisko apstrādi, ir rūpīgi jāizpēta šādi mainīgie:
Funkcionālās prasības: kosmosa detaļām jāspēj izturēt milzīgu temperatūru un spriedzi, tāpēc termiskā apstrāde ir svarīga.
Medicīniskajiem implantiem ir jābūt stipriem un drošiem ķermenim, un atkvēlināšana vai HIP ārstēšana var palīdzēt tiem darboties labāk.
Ja vienīgais, kas ir svarīgs, ir tas, kā izskatās mākslas skulptūras vai eksponāti, termisko apstrādi var izlaist, lai ietaupītu naudu.
Augstas temperatūras sakausējumi, kuru pamatā ir niķelis-, visticamāk, saplaisās, tāpēc tiem ir nepieciešams ciets šķīdums un novecošanas apstrāde, lai padarītu tos izturīgākus.
Detaļas, kas izgatavotas no alumīnija sakausējuma (piemēram, AlSi10Mg), satur mikroskopiskus graudus, kas padara tās uzreiz vieglas.
Procesa veids: pulvera slāņa kausēšanas (PBF) process ir jāatlaidina, jo tas ātri atdziest un atstāj lielu spriedzi.
Tā kā tai ir augsta siltuma padeve un zems stresa līmenis, virzītās enerģijas nogulsnēšanās (DED) tehnika samazina nepieciešamību pēc termiskās apstrādes.
Izmaksu ierobežojumi: HIP aprīkojuma iegāde un ekspluatācija ir dārga, tāpēc maziem un vidējiem{0}}uzņēmumiem to ir grūti atļauties. Viņiem ir jāatrod kompromiss starp veiktspēju un izmaksām.
Sarežģītu konstrukcijas sastāvdaļu termiskā apstrāde var izraisīt to formas maiņu. Lai no tā izvairītos, ir jāizmanto simulācijas optimizācija, lai atbalstītu projektēšanu un palielinātu pētniecības un attīstības izdevumus.