Vai metāla 3D drukāšanas termiskās apstrādes izmaksas ir augstas?

一, Termiskās apstrādes galvenā loma metāla 3D drukāšanā
Metāla 3D drukāšana rada sarežģītas struktūras, izkausējot metāla pulveri pa vienam slānim, taču šim procesam ir trīs lielas problēmas:
Atlikušais spriegums: ātra sildīšana un dzesēšana ar lāzeru var mainīt režģa formu, kā rezultātā detaļas var saplaisāt vai saliekties.
Organizatoriski trūkumi: nelīdzsvarota sacietēšana{0} rada rupjus elementus, piemēram, kolonnu kristālus un dendrītus, kas padara materiālus mazāk izturīgus.
Nevienmērīga veiktspēja: starpslāņu savienojumos var viegli veidoties vājas saskarnes, kas saīsina materiāla kalpošanas laiku.
Rūpīgi pārvaldot temperatūras lauku un fāzes pārejas procesu, termiskā apstrāde var sasniegt trīs galvenos mērķus:
Stresa mazināšana: atkvēlināšanas procedūra atbrīvo no stresa pārpalikuma un padara izmērus stabilākus.
Organizatoriskā optimizācija: vienotas un smalkas līdzsvarotas kristāla struktūras iegūšana, izmantojot cieto šķīdumu un novecošanas apstrādi.
Veiktspējas uzlabošana: kontrolējiet nokrišņu posmu formu, lai atrastu līdzsvaru starp izturību un stingrību.
Piemēram, SLM tehnoloģija tika izmantota, lai izgatavotu īpašu aviācijas dzinēja lāpstiņu, ko pēc tam apstrādāja ar šķīdumu 1050 grādu temperatūrā un izturēja 550 grādu temperatūrā. Stiepes izturība palielinājās no 850 MPa līdz 1200 MPa, un noguruma kalpošanas laiks palielinājās trīs reizes.
2. Daudzdimensionāls skatījums uz termiskās apstrādes izmaksu sadalījumu
1. Aprīkojuma izmaksas: precīzas kontroles izmaksas
Lai termiski apstrādātu metāla 3D drukātus objektus, jums ir nepieciešami īpaši rīki:
Vakuuma krāsns neļauj aktīviem metāliem, piemēram, titāna sakausējumiem, rūsēt. Tas maksā divas līdz trīs reizes vairāk nekā parastā krāsns.
Lāzera termiskās apstrādes sistēma: izmanto, lai mainītu nelielas platības virsmu, un aprīkojums maksā vairāk nekā 5 miljonus juaņu.
Inteliģentai vadības sistēmai ir jāiekļauj infrasarkanās temperatūras mērīšana, atmosfēras kontrole un citi moduļi. Vienas sistēmas vērtība pārsniedz vienu miljonu juaņu.
Atsevišķs uzņēmums saka, ka termiskās apstrādes iekārtu nolietojums veido 18% līdz 25% no vienības pašizmaksas, un šis procents strauji pieaug, jo uzlabojas iekārtu precizitāte.
2. Enerģijas izmaksas: augsta temperatūra rada ilgtermiņa-enerģijas patēriņa melno caurumu.
Normāli iestatījumi termiskās apstrādes procesam:
Šķīduma apstrāde: 4 līdz 6 stundas siltināšanai pie 1000-1050 grādiem
Laika apstrāde: turiet izolāciju 160–180 grādu temperatūrā 8–12 stundas.
Stresu mazinoša atkausēšana: turiet to 300–400 grādu temperatūrā 2–4 stundas.
Piemēram, lai termiski apstrādātu vienu Ti6Al4V gabalu, kas izgatavots, izmantojot SLM, ir nepieciešams 120–150 kWh enerģijas. Enerģijas izmaksas ir vairāk nekā 15%, ja izmantojat elektrisko apkures krāsni. Ja izmantosiet gāzes apkures krāsni, ietaupīsiet 40% no enerģijas izmaksām, bet vairāk būs jātērē iekārtām izplūdes gāzu attīrīšanai.
3. Materiālu izmaksas: Pārstrādes pulvera efektivitātes spēle
Termiskā apstrāde var izraisīt materiālu zudumus:
Oksidācijas apdegums: Kad metāls tiek uzkarsēts līdz augstām temperatūrām, uz tā virsmas rodas oksidācijas āda. Zaudējumu līmenis ir no 0,5% līdz 1,2%.
Gaistošo vielu zudums: metāli ar zemu viršanas temperatūru, piemēram, magnija sakausējumi, augstā temperatūrā iztvaiko, zaudējot vairāk nekā 2% no svara.
Atbalsta struktūra: Sarežģītu iekšējo plūsmas kanālu daļu projektēšana ar noņemamiem balstiem palielina materiāla atkritumu daudzumu par 5% līdz 8%.
Pulvera otrreizējās pārstrādes sistēma var palielināt izlietojuma līmeni līdz 92–95%, tomēr problēma, ka pārstrādāts pulveris zaudē savu efektivitāti, joprojām ir jānovērš. Pētījumā konstatēts, ka pēc trim lietošanas reizēm Ti6Al4V pulvera skābekļa koncentrācija palielinājās par 0,03%, kā rezultātā komponentu noguruma izturība samazinājās par 12%.
4. Laika izmaksas: procesa ķēdē ir efektivitātes sašaurinājums
Tipisks termiskās apstrādes cikls izskatās šādi:
Pirms apstrādes: tīrīšana, bez atbalsta, smilšu strūkla (2–4 stundas)
Apkure, izolācija un dzesēšana (8 līdz 24 stundas) ir daļa no termiskās apstrādes.
Pēc-apstrāde: stieples griešana, pulēšana un pārbaude (3–6 stundas)
Kāds automobiļu detaļu uzņēmums saka, ka termiskās apstrādes procedūra veido 60% līdz 70% no visa 3D drukas ražošanas cikla. Tas ir galvenais iemesls, kāpēc piegādes ir lēnas.
3, Tehniskais ceļš izmaksu samazināšanai
1. Mainiet darbības veidu: saīsiniet termiskās apstrādes ciklu.
Ātrās atlaidināšanas tehnikā tiek izmantota liela -jaudas blīvuma sildīšana, lai samazinātu laiku, kas nepieciešams šķīduma apstrādei, no 6 stundām līdz 2 stundām.
Pakāpenisks novecošanas process: kontrolējot temperatūru vairākos posmos, kopējais izolācijas laiks tiek samazināts, vienlaikus nodrošinot labu veiktspēju.
Indukcijas sildīšana lokālā apstrāde: tiek apsildītas tikai vissvarīgākās daļas, kas samazina enerģijas patēriņu par vairāk nekā 70%.
Noteikts gaisa kuģu uzņēmums izmantoja ātrās atlaidināšanas tehnoloģiju, lai par 35% samazinātu Ti6Al4V detaļu termiskās apstrādes izmaksas un padarītu mikrostruktūru konsekventāku par 20%.
2. Uzlabojiet aprīkojumu: labāk izmantojiet enerģiju
Vakuuma zema spiediena{0}}karburēšanas krāsns: uzturiet spiedienu gaisā no 10 līdz 100 Pa, lai izmantotu mazāk gāzes.
Atkritumu siltuma reģenerācijas sistēma: dzesēšanas ūdens atkrituma siltuma izmantošana jaunu detaļu sildīšanai, kas samazina kopējo enerģijas patēriņu par 18%.
Viedā temperatūras kontroles sistēma: izmanto mašīnmācīšanos, lai uzlabotu apkures līkni un samazinātu vajadzību pēc atkārtotas apstrādes, ko izraisa temperatūras izmaiņas.
Pēc tam, kad noteikts iekārtu ražotājs sāka izmantot viedo temperatūras vadības sistēmu, termiskās apstrādes kvalifikācijas līmenis pieauga no 82% līdz 95%, bet izmaksas par vienu vienību samazinājās par 22%.
3. Materiālu uzlabošana: lētu sakausējumu sistēmu izgatavošana
Daļēja drukāšanas tehnoloģija: alumīnija sakausējuma izmantošana daļās, kurām nav jāiztur liels svars, un titāna sakausējuma izmantošana daļās, kurām jābūt, kas samazina materiālu cenas par 40%.
Nanomodificēts pulveris: 0,5% nanodaļiņu pievienošana samazina termiskās apstrādes temperatūru par 50 grādiem pēc Celsija un samazina enerģijas patēriņu par 30%.
Reģenerēta pulvera izmantošana: izveidojiet modeli, kā pulvera veiktspēja laika gaitā mainīsies, lai ražošana saglabātos stabila pēc vismaz piecām lietošanas reizēm.
Mg Zn Ca nerūsējošā magnija sakausējums, ko izveidoja noteikta pētnieku grupa, darbojās tikpat labi kā alumīnija sakausējums sāls izsmidzināšanas testos, un tas samazināja virsmas apstrādes izdevumus par 60%.
4. Procesu pārveide: ražošanas un termiskās apstrādes apvienošana
Integrēts aprīkojums drukāšanas termiskai apstrādei: drukas kamerā ir iebūvēts indukcijas sildīšanas modulis, kas nodrošina insitu atlaidināšanu.
Digitālā dvīņu tehnoloģija: Simulācijas izmantošana, lai atrastu labākos procesa parametrus un samazinātu izmēģinājumu un kļūdu izmaksas.
Automatizēta ražošanas līnija: apvienojot tādus moduļus kā tīrīšana, termiskā apstrāde un noteikšana, lai uz pusi samazinātu darbaspēka izdevumus.
Konkrēts uzņēmums uzbūvēja viedu rūpnīcu, kas samazināja 3D drukāto detaļu kopējās izmaksas par 42%, mainot to izgatavošanas veidu. Termiskās apstrādes izmaksas samazinājās no 25% līdz 14%.