Vai metāla 3D drukāšanas termiskā apstrāde izraisīs deformāciju?

一, Termiskās apstrādes tehniskā būtība: organizācijas regulēšana un veiktspējas optimizācija
Metāla materiālu sildīšana, izolācija un dzesēšana termiskās apstrādes laikā maina to mikrostruktūru, kas uzlabo to mehāniskās īpašības. Metāla 3D drukāšanā galvenie termiskās apstrādes mērķi ir:
Atbrīvošanās no atlikušā sprieguma: kad materiāls tiek drukāts, tas iziet cauri ātriem sildīšanas un dzesēšanas cikliem, kas izraisa iekšējās režģa saliekšanos un rada atlikušo spriegumu. Lai mazinātu sasprindzinājumu, detaļu karsē zem materiāla pārkristalizācijas temperatūras (piemēram, titāna sakausējumu 2 stundas turot 800 grādu temperatūrā). Tas atslābina režģi un samazina deformācijas risku vēlākas apstrādes vai lietošanas laikā.
Graudu struktūras uzlabošana: apstrāde ar cietu šķīdumu (piemēram, 7075 alumīnija sakausējums pie 470 grādiem) var izjaukt stiprināšanas fāzes, savukārt novecošana (piemēram, 120 grādu temperatūrā 24 stundas) var izraisīt nanomēroga nokrišņu fāzes, kā rezultātā palielinās izturība un stingrība. Šis process padara graudus mazākus un mazāka iespēja mainīt tilpumu, mainoties fāzei, kas samazina deformācijas tendenci.
Iekšējo problēmu novēršana: Karstās izostatiskās presēšanas (HIP) tehnoloģija sinerģiski palielina materiālu blīvumu līdz vairāk nekā 99,9%, apvienojot 100-150 MPa augstu spiedienu un 1000-1200 grādu augstu temperatūru, aizverot mikroplaisas un poras un novēršot nevienmērīgas saraušanās radīto lokālo sprieguma koncentrāciju.
2, Termiskās apstrādes izraisītās deformācijas mehānisms ir termiskā sprieguma un mikrostruktūras izmaiņu kombinācija.
Termiskās apstrādes mērķis ir atbrīvoties no deformācijas riska, taču, ja tā tiek veikta nepareizi, joprojām var rasties jaunas deformācijas. Galvenie veidi, kā tas notiek, ir:
Siltuma sprieguma palielināšanās: kad daļa tiek uzkarsēta un atdzesēta, temperatūras starpība starp daļas ārpusi un iekšpusi izraisa atšķirīgu daļas izplešanos un saraušanos, kas rada termisko spriegumu. Piemēram, ja plānas -sienu daļas tiek ātri atdzesētas, ārpuse saraujas ātrāk nekā iekšpuse. Tādējādi vienums var izkropļot vai sagriezties.
Izmaiņas organizatoriskās transformācijas apjomā: materiāla blīvuma izmaiņas fāzes pārejas procesa laikā izraisa apjoma samazināšanos vai pieaugumu. Piemēram, kad notiek martensīta transformācija, apjoms ir lielāks, un, ja sprieguma atbrīvošanās nav vienmērīga, tas var radīt plaisas.
Kā atbalsta struktūra ietekmē: laukums, kur savienojas drukas balsts un substrāts, termiskās apstrādes laikā, iespējams, kļūs par sprieguma koncentrācijas punktu. Ja balsta dizains nav pareizs, tas var saliekties, kad balsts tiek noņemts pēc termiskās apstrādes, jo vienā zonā tiek atbrīvota spriedze.
3, Deformācijas kontroles stratēģija: procesu uzlabošana un jaunu tehnoloģiju izstrāde
Lai līdzsvarotu termiskās apstrādes ietekmi un deformācijas risku, nozare ir izstrādājusi sistemātisku pārvaldības plānu, kurā aplūkotas trīs jomas: materiāli, procesi un aprīkojums:
1. Materiālu izvēle un sagatavošana
Niķeļa{0}} sakausējumiem, piemēram, Inconel 718, ir zemāks termiskās izplešanās koeficients (12,5 × 10 ⁻⁶/grādi) nekā titāna sakausējumiem (8,6 × 10 ⁻⁶/grādi). Tas nozīmē, ka tie var palīdzēt novērst termiskā stresa uzkrāšanos.
Dizains pirms deformācijas: izmantojiet simulācijas programmatūru, piemēram, VoxelDance Engineering, lai prognozētu, kā termiskā apstrāde mainīs materiāla formu. Pēc tam izmantojiet apgriezto priekš-deformāciju oriģinālajam modelim, lai pēc termiskās apstrādes kompensētajam modelim būtu pareizā izmēra. Piemēram, pēc iepriekšējas-deformācijas korekcijas plānas -sienu daļas ar īpašu izliektu virsmu drukas precizitāte uzlabojās par 66,2%, un tika noņemti 98,6% no ievērojamās deformācijas laukuma.
2. Procesa parametru pilnveidošana
Apkure un dzesēšana pa daļām: izmantojot pakāpenisku karsēšanas stratēģiju (piemēram, turot 50 grādu temperatūrā 30 minūtes) un aizkavētu dzesēšanu (piemēram, gaisa dzesēšanu pēc krāsns atdzesēšanas līdz 200 grādiem), lai samazinātu temperatūras izmaiņu radīto termisko spriegumu. Piemēram, pēc HIP apstrādes GE lidmašīnu dzinēju turbīnu lāpstiņas kalpo trīs reizes ilgāk un nemaina formu vairāk kā 0,05% laika.
Virziena kristalizācijas tehnoloģija: MIT virziena kristalizācijas process pielāgo sildīšanas ātrumu (piemēram, 2,5 cm/h) un temperatūru (1235 grādi), lai graudi augtu noteiktā virzienā kolonnveida veidojumos. Tas padara materiālu izturīgāku pret šļūdei un mazāku iespēju deformēties augstā temperatūrā.
3. Jauni instrumenti un armatūra
Adaptīvā armatūras sistēma: Fraunhofer ILPT laboratorija Vācijā izveidoja elastīgu armatūru, kas izmanto slāpekļa gāzes atsperes, lai nodrošinātu dinamisku iespīlēšanas spēku, kompensē termiskās izplešanās atšķirības drukāšanas laikā un neļauj 3 m × 2 m plānām -sienu konstrukcijām deformēties vairāk nekā par ± 0,3 mm.
Vietējā termiskās apstrādes tehnoloģija: lieliem gabaliem tiek izmantota indukcijas karsēšana vai lokālā termiskā apstrāde ar lāzeru, lai novērstu to deformāciju, kad tie tiek uzkarsēti. Piemēram, noteiktas aviācijas kronšteins ir sasniedzis stiepes izturību 520 MPa un izmēru stabilitāti, kas lielāka par ± 0,1 mm, pateicoties lokālai šķīduma apstrādei.
4, Frontier Case: jauns pielietojums termiskās apstrādes deformācijām
Boeing izmanto stabilu risinājumu un novecošanas apstrādes paņēmienu aviācijas un kosmosa nozarē, lai padarītu 3D drukātās lidmašīnas kronšteinus stiprākus ar stiepes izturību 520 MPa. Tajā pašā laikā pirms-deformācijas konstrukcija saglabā deformāciju ± 0,05 mm robežās, lai atbilstu stingriem aerodinamikas standartiem.
Medicīniskie implanti: Noteikts uzņēmums ir nācis klajā ar jaunu veidu, kā izgatavot titāna sakausējuma acetabular kausus, apvienojot "stresa atlaidināšanu" ar "skābes kodināšanu". Šis process noņem iekšējo spriegumu, izmantojot atkvēlināšanu, un pēc tam ar skābes kodināšanu izveido mikroporainu struktūru ar izmēru no 5 līdz 10 μm. Tas palīdz kaulu šūnām augt, nemainot kausu izmēru.
Enerģijas aprīkojums: Siemens Energy ražo gāzes turbīnu lāpstiņas, izmantojot HIP+virziena kristalizācijas tehnoloģiju. Tas padara materiālu par 99,95% blīvu un padara to par 40% izturīgāku pret šļūdei. Tas var darboties 100 000 stundas, nemainot formu 1200 grādu temperatūrā.