Kādi faktori noteiks pēcapstrādes risinājumu metāla 3D drukāšanai?

1. Materiāla īpašības: pēcapstrādes- pamata ierobežojumi
Metāla 3D drukas materiālu sastāvs, mikrostruktūra un termofizikālās īpašības tieši nosaka pēcapstrādes tehnisko trajektoriju un procesa parametrus.
Materiāla sastāva īpašības un fāzu pārejas
mainīgiem metāliem ir ļoti mainīga fāzes pārejas temperatūra, termiskās izplešanās koeficienti un oksidācijas jutība. Piemēram, titāna sakausējums (Ti6Al4V) mēdz reaģēt ar skābekli, veidojot trauslu oksīda slāni temperatūrā virs 600 grādiem, tāpēc termiskā apstrāde jāveic vakuumā vai inertās gāzes vidē. Augstas temperatūras sakausējumiem (piemēram, Inconel 718) ir daudz leģējošu elementu, un tiem ir nepieciešama pakāpeniska fāzes šķīduma apstrādes (980–1020 grādu izolācija 1 stundu) un novecošanas apstrāde (720 grādu izolācija 8 stundas), lai atrastu līdzsvaru starp stiprību un tn.
Pulvera blīvums un īpašības
Apdrukāto priekšmetu sākotnējo blīvumu ietekmē daļiņu lielums, tas, cik labi tās plūst un cik tīrs ir pulveris. Piemēram, alumīnija sakausējuma daļām, kas apdrukātas ar sfērisku pulveri, kura daļiņu izmērs ir 15–45 μm, sākotnējā porainība var būt no 3% līdz 5%. Lai tie būtu blīvāki par 99,9%, tiem jābūt karsti izostatiski presētiem (HIP) pie 1200 grādiem un 100 MPa. Detaļas, kas apdrukātas ar nanomēroga pulveri, var būt tikai jāatkvēlina, lai atbrīvotos no iekšējā stresa, jo tās ļoti ātri saķep.
Kontrole, kas nav vienāda visos virzienos
Metāla 3D drukāšanas veids, kā slāņi tiek sakrauti viens virs otra, piešķir tai anizotropas mehāniskās īpašības. Piemēram, 316L nerūsējošā tērauda stiepes izturība ir par 10% līdz 15% zemāka drukāšanas virzienā (Z-ass) nekā vertikālajā virzienā (XY ass). Termiskā apstrāde, piemēram, turēšana 750 grādu temperatūrā 2 stundas un pēc tam dzēšana ar ūdeni, var palīdzēt graudiem pārkristalizēties, samazināt anizotropiju līdz 5% robežās un padarīt strukturālās daļas konsekventas.
2. Daļa no funkcionālajām prasībām: pēc-apstrāde ar mērķi
Pēc{0}}apstrādes plānā jābūt ļoti koncentrētam uz to, kā daļas tiks izmantotas, un, pamatojoties uz to, jāuzlabo veiktspējas rādītāji.
Mehāniskās veiktspējas uzlabošana
Nepieciešamība pēc augstas stiprības: aviācijas un kosmosa dzinēja turbīnas diskam jāiztur ārkārtējas 1000 grādu temperatūras un 1000 MPa spriedzes. Stiepes izturība ir jāpaaugstina, lai tā pārsniegtu 1200 MPa, izmantojot HIP+termiskās apstrādes salikto metodi (pēc 1220 grādi /150 MPa HIP, 1080 grādu cietā šķīduma{8}} grādu novecošanas).
Augsti izturības standarti: ortopēdiskajiem implantiem, tostarp gūžas protēzēm, jābūt stipriem un izturīgiem pret nodilumu. Rūdīšana (turēšana 700 grādu temperatūrā 4 stundas un pēc tam lēna atdzesēšana) var palielināt pagarinājuma ātrumu no 15% līdz 25% un samazināt trauslā lūzuma risku.
Labāka izturība pret koroziju
316L nerūsējošā tērauda detaļām, ko izmanto kuģniecības inženierijā, ir jāspēj ilgstoši izturēt sāls izsmidzināšanas koroziju. Sāls izsmidzināšanas pretestības laiku var palielināt no 240 stundām līdz 2000 stundām, izmantojot gan elektroķīmisko pulēšanu (kas noņem virsmas oksīda slāni), gan anodēšanu (kas veido 10 μm biezu oksīda pārklājumu). Tas atbilst ISO 9227 standarta prasībām.
Virsmas kvalitātes uzlabošana
Plaša patēriņa elektronikas nozarē ir stingri noteikumi par to, kā vajadzētu izskatīties daļām. Lai padarītu virsmu mazāk raupju, tās nepieciešams pulēt vairākos posmos (rupja slīpēšana → smalka slīpēšana → spoguļpulēšana), līdz tā ir Ra0,2 μm vai zemāka. Vienlaikus tiek uzklāta smilšu strūklas apstrāde (200 sieta alumīnija oksīda smilšu daļiņas), lai izveidotu vienmērīgu matētu apdari, kas atbilst dizaina standartiem.
3. Ražošanas procesa ierobežojumi: ierobežojums, ko var izdarīt pēc apstrādes
Drukāšanas procesa specifikācijas un aprīkojuma iespējas nekavējoties ierobežo pēc{0}}apstrādes tehnoloģiju iespējas.
Atlikušā sprieguma kontrole
Lāzera pulvera slāņa kausēšanas (LPBF) tehnika atstāj atlikušos spriegumus, kas var sasniegt pat 70% no materiāla tecēšanas robežas, jo tas tik ātri atdziest. Sprieguma atlaidināšana (izolācija 500–600 grādos 2 stundas) jāveic uzreiz pēc drukāšanas. Ja tā nav, detaļas var deformēties vai saplaisāt, griežot vai apstrādājot. Elektronu staru kausēšanas (EBM) tehnoloģijai ir mazāks atlikušais spriegums, jo tā pirms kausēšanas substrātu uzsilda līdz vairāk nekā 600 grādiem. Tas atvieglo pēcapstrādes-procesu.
Atbalsta struktūras noņemšana
Sarežģītu konstrukcijas daļu, piemēram, aviācijas dzinēju sadegšanas kameru, atbalsta konstrukcijai ir jāatrod kompromiss starp stabilitāti drukāšanas laikā un ērtu lietošanu pēc drukāšanas. Izmantojot ūdenī-šķīstošos palīgmateriālus, tos var vieglāk noņemt. Savukārt metāla balstus nepieciešams apstrādāt ar stieples griešanu (ar precizitāti ± 0,05 mm) vai ķīmisku kodināšanu (mikrostruktūrām), lai izvairītos no virsmas bojājumiem, ko izraisa mehāniska griešana.
Izmēru precizitātes garantija
Drukas slāņa biezums (parasti 20–100 μm) un skenēšanas pieeja (šāda šaha dēļa skenēšana) ietekmē detaļu precizitāti. Detaļām, kurām savienojuma virsmā nepieciešama pielaide ± 0,02 mm, pēc termiskās apstrādes ir nepieciešama piecu -ass savienojuma apstrāde (piemēram, frēzēšana un slīpēšana). Tomēr vienkāršas konstrukcijas daļas var iegūt Ra3,2 μm virsmas precizitāti ar smilšu strūklu un slīpēšanu.
4. Izmaksu-ieguvumu līdzsvars: ekonomiskie faktori, kas jāņem vērā pēc apstrādes
Pēc{0}}apstrādes risinājumam ir jāatrod vislabākais līdzsvars starp izmaksu samazināšanu un veiktspējas uzlabošanu.
Vienības izmaksu optimizēšana
Izgatavojot daudzus medicīniskos implantus, HIP ārstēšana var pagarināt to kalpošanas laiku, bet izmaksas par vienu vienību palielinās par 30% līdz 50%. Mainot drukāšanas iestatījumus (piemēram, palielinot lāzera jaudas blīvumu), lai samazinātu sākotnējo porainību, HIP apstrādes vajadzības var samazināt uz pusi, kas ietaupa daudz naudas.
Iekārtās ieguldīto līdzekļu atdeve
Aviācijas un kosmosa uzņēmumiem ir jātērē miljoniem dolāru HIP aprīkojuma iegādei, lai apstrādātu augstas{0}temperatūras sakausējumu detaļas. Lai izvairītos no dīkstāves pamatlīdzekļiem, viņi var sadarboties ar ekspertiem pēc-apstrādes pakalpojumu sniedzējiem un iekasēt maksu par gabalu (apstrādes izmaksas par gabalu) 500–2000.
Cikla efektivitātes uzlabošana
Auto veidņu izgatavošana, izmantojot tehniku ​​"drukāšana+atlaidināšana+precīza apstrāde", aizņem 7 līdz 10 dienas. Bet, optimizējot termiskās apstrādes procedūru (piemēram, ātri paceļot temperatūru līdz 750 grādiem un turot tur stundu), ciklu var samazināt līdz 5 dienām, kas padara piegādi ātrāku.