Kāpēc termiskā apstrāde izraisa izmēru izmaiņas metāla 3D drukātajās daļās
Galvenais virzītājspēks ir atlikušā sprieguma atbrīvošana, kas veidojas SLM procesa ātras kušanas un sacietēšanas laikā. Spriedzei sildīšanas laikā atslābinoties, detaļas var deformēties, sarukt vai deformēties.
Papildu faktori ietver:
Termiskā izplešanās un saraušanās sildīšanas/dzesēšanas ciklu laikā.
Fāzu pārvērtības, kas izraisa tilpuma izmaiņas (piemēram, titāna sakausējumos).
Atbalsta struktūras ietekme - balsti dažos apgabalos var ierobežot kropļojumus, bet citos tos pieļauj.
Ti-6Al-4V mugurkaula būris, kas tika pakļauts stresa mazināšanai 800 grādu leņķī, piedzīvoja 0,15–0,25 mm deformāciju visā tā 80 mm garumā. Ar to pietika, lai kritiskās pārošanās virsmas izstumtu no pielaides.
Metāla 3D drukaizmēru izmaiņas termiskās apstrādes laikā ir tiešs piedevu ražošanas unikālās termiskās vēstures rezultāts.
Cik lielas dimensiju izmaiņas jums patiesībā vajadzētu sagaidīt?
Tipiski kropļojumu diapazoni standarta sprieguma samazināšanai ir 0,1–0,5% lineārās izmaiņas, lai gan tas ievērojami atšķiras atkarībā no ģeometrijas un procesa. Sarežģītas ģeometrijas, plānas sienas un garas pārkares pastiprina kropļojumus. HIP mēdz radīt vienmērīgākas (bet dažreiz lielākas) izmaiņas spiediena dēļ, savukārt vienkārša stresa mazināšana izraisa lokālāku deformāciju.
Datu tabula: tipiski izmēru izmaiņu diapazoni
|
Materiāls |
Stresa mazināšana |
HIP |
Risinājumu ārstēšana un novecošana |
Piezīmes |
|
Ti-6Al-4V |
0.1–0.4% |
0.2–0.6% |
0.15–0.5% |
Fāzes transformācijas jutīgums |
|
316L nerūsējošais |
0.05–0.25% |
0.1–0.3% |
N/A |
Salīdzinoši stabils |
|
CoCr sakausējumi |
0.1–0.35% |
0.15–0.4% |
0.2–0.45% |
Karbīda efekti |
|
Inconel 718 |
0.08–0.3% |
0.1–0.35% |
0.1–0.4% |
Laba stabilitāte |
|
AlSi10Mg |
0.2–0.7% |
Ierobežota lietošana |
N/A |
Augstākā jutība |
SLM izmēru pielaides pēcapstrādei ir nepieciešama iepriekšēja plānošana.
Materiāls-pēc-materiāla izmēriem termiskās apstrādes laikā
Ti-6Al-4V: ļoti jutīgs, pateicoties / fāzes transformācijai tuvu 882 grādiem (beta transus). Izkropļojumi ir izplatīti, ja tie netiek rūpīgi kontrolēti.
316L nerūsējošais tērauds: stabilāks, taču ir jāizvairās no sensibilizācijas diapazona (450–850 grādi).
CoCr sakausējumi: tilpuma izmaiņas no karbīda nokrišņiem.
Inconel 718: laba izmēru stabilitāte, bet ieguvums no fiksācijas novecošanas laikā.
AlSi10Mg: ļoti pakļauti kropļojumiem; ierobežota līdz zemākai temperatūrai.
17-4PH: paredzama kontrakcija novecošanas laikā.
Datu tabula: materiāla{0}}specifiskā uzvedība
|
Materiāls |
Tipisks temperatūras diapazons |
Fāzes maiņas risks |
Tipiska lineārā nobīde |
|
Ti-6Al-4V |
700-950 grādi |
Augsts |
0.1–0.5% |
|
316L |
600-1100 grādi |
Vidēja |
0.05–0.3% |
|
AlSi10Mg |
200-300 grādi |
Zems |
0.2–0.7% |
Daļu dizaina loma dimensiju izmaiņu kontrolē
Gudrs dizains ievērojami samazina risku:
Saglabājiet vienmērīgu sienu biezumu.
Izmantojiet simetriju un līdzsvarotu masas sadalījumu.
Optimizējiet atbalsta struktūras, lai ierobežotu kritiskās zonas.
Orientējiet detaļas uz konstrukcijas plāksnes, lai samazinātu pārkares kropļojumus.
Pievienojiet apstrādes materiālu, izmantojot stingras{0}}pielaides funkcijas.
Datu tabula: dizaina iezīme pret izkropļojumu risku
|
Dizaina iezīme |
Izkropļojumu risks |
Seku mazināšanas stratēģija |
|
Plānas sienas (<2mm) |
Augsts |
Pievienojiet ribas vai pagaidu balstus |
|
Garas pārkares |
Augsts |
Optimizēt orientāciju + balsti |
|
Asimetriska ģeometrija |
Augsts |
Līdzsvaro masu vai izmantojiet stiprinājumu |
|
Vienotas sadaļas |
Zems |
Standarta stresa mazināšana |
Metāla 3D drukas dizains termiskai apstrādei (DfAM) ir būtisks.
Fiksācijas un procesa vadīklas, kas samazina kropļojumus
Pielāgoti ķermeņi ierobežo kustību, neradot jaunus stresus.
Svarīgi ir kontrolēti rampas ātrumi un lēna dzesēšana.
Vakuuma vai inertās gāzes atmosfēra samazina ar oksidēšanos{0}}saistītās problēmas.
HIP bieži rada lielāku izotropisku saraušanos, salīdzinot ar{0}}stāvošo atlaidināšanu.
Ražotājs, kas apstrādā Inconel 718 kosmosa kronšteinus, novecošanas laikā izmantoja pielāgotus grafīta armatūru, samazinot izmēru izkliedi no ±0,3 mm līdz ±0,08 mm uz 150 mm elementiem.
Dimensiju izmaiņu prognozēšana
FEA{0}}balstīta kropļojumu simulācija ir noderīga, taču tai nepieciešama validācija ar reāliem AM datiem. Empīriskā priekš-kompensācija (STL mērogošana vai priekš-izkropļošana) un pirmā-raksta pārbaude ir standarta. Vadošie piegādātāji uztur materiālu- un apstrādā-specifiskas datu bāzes.
Pēc-termiskās-apstrādes mehāniskā apstrāde
Apstrāde pēc termiskās apstrādes ir visdrošākais veids, kā panākt stingras pielaides. Atstājiet 0,2–1,0 mm biezumu atkarībā no īpašības un materiāla. Parasti tiek izmantota CNC apdare, EDM un slīpēšana.
Datu tabula: Ieteicamais apstrādes sastāvs
|
Funkcijas veids |
Ti-6Al-4V |
316L |
Inconel |
|
Kritiskā pārošanās |
0,5–0,8 mm |
0,3–0,6 mm |
0,4–0,7 mm |
|
Vispārējas virsmas |
0,3 mm |
0,2 mm |
0,3 mm |
Izmēru pārbaude pēc termiskās apstrādes
Izmantojiet CMM kritiskajiem izmēriem, 3D skenēšanu pilnīgai noviržu kartēšanai un koncentrējieties uz GD&T funkcijām, piemēram, plakanumu, paralēlismu un patieso pozīciju, ko visvairāk ietekmē kropļojumi. Izveidojiet datubāzi atkārtotām daļām.
Bieži uzdotie jautājumi
Vai termiskā apstrāde samazina metāla 3D drukātās detaļas?
Tas var izraisīt saraušanos, izplešanos vai deformāciju atkarībā no sakausējuma, procesa un ģeometrijas. Visbiežāk neliela saraušanās vai lokāli kropļojumi.
Cik lielas izmēru izmaiņas man vajadzētu sagaidīt pēc SLM Ti-6Al-4V spriedzes mazināšanas?
Parasti 0,1–0,4% lineāra, ar deformāciju līdz 0,2–0,5 mm uz lielākām daļām. Precīzas vērtības ir atkarīgas no ģeometrijas un parametriem.
Vai pēc termiskās apstrādes varat apstrādāt metāla 3D drukātās detaļas?
Jā - šī ir standarta prakse, lai sasniegtu galīgās stingras pielaides.
Kāds ir labākais veids, kā kontrolēt kropļojumus SLM detaļu termiskās apstrādes laikā?
Apvienojiet labu DfAM (vienmērīgas sekcijas, balstus), pareizu stiprinājumu, kontrolētus rampas ātrumus un pēc{0}}apstrādes materiālu.
Vai HIP izraisa lielākas izmēru izmaiņas nekā stresa mazināšanas atkvēlināšana?
HIP bieži izraisa vienmērīgāku saraušanos spiediena dēļ, taču tas var būt paredzamāks nekā brīvā atlaidināšana.
Kā pārbaudīt izmēru precizitāti pēc 3D drukātas metāla daļas termiskās apstrādes?
Izmantojiet CMM, 3D skenēšanu un salīdziniet ar mērījumiem pirms- un pēc-apstrādes ar atbilstošu GD&T.