Minden fém 3D nyomtatott alkatrésznek utólagos-feldolgozáson kell átesnie?

1. Műszaki alapelv: "veleszületett hibák" az additív gyártásban és azok kijavításának módja-utófeldolgozás során
A fém 3D-nyomtatás mögött meghúzódó alapötlet a "rétegenkénti egymásra rakás". Ez azt jelenti, hogy fémport lézerrel vagy elektronsugárral megolvasztanak, hogy háromdimenziós alakzatot kapjanak. Annak ellenére, hogy ezzel az eljárással költségmentesen bonyolult geometriai struktúrákat készíthet, mindig a következő technikai problémákkal jár:

Túl sok érdesség a felületen: A nyomtatott rétegek közötti olvadékmedence megszilárdulási jelei "lépéses hatást" hoznak létre, ami a felületi érdesség (Ra érték) magasabb lesz, mint a hagyományos feldolgozásnál. Például a titánötvözetből készült 3D nyomtatott alkatrészek felületi érdessége Ra 10–20 μm, míg a repülőgépmotorok lapátjainak Ra felületi érdességre van szüksége, legfeljebb 0,8 μm.
Maradék feszültség felépítése: Ha gyorsan felmelegít és lehűt egy alkatrészt, az húzófeszültséget okozhat az alkatrész belsejében, ami meggörbülhet, eltorzulhat vagy megrepedhet. Egy repülőszerkezeti alkatrészprojekt esettanulmánya azt mutatja, hogy a 3D nyomtatott, nem kezelt titánötvözet alkatrészek marás után akár 1,2 mm-rel is meghajolhatnak, ami jóval több, mint a tervezési tűrés.
Mikroszerkezeti hibák: Az olyan mikrohibákat, mint a porozitás és az összeolvadás hiánya a darabokban a porkohászati ​​alakítás működése okozza. A kutatási adatok azt mutatják, hogy az SLM technikával előállított alumíniumötvözet alkatrészek porozitása elérheti a 0,5-2%-ot, ami jelentősen csökkenti a kifáradási élettartamot.
Az utófeldolgozási technológia fizikai, kémiai vagy termodinamikai módszereket használ a felsorolt ​​problémák meghatározott módon történő megoldására:

Mechanikai feldolgozás: Egy öt-tengelyes CNC szerszámgép elég simává tudja tenni a döntő fontosságú felületeket ahhoz, hogy Ra 0,4 μm alatt legyenek.
A hőkezelés a visszamaradó feszültségtől való megszabadulás és a szemcseszerkezet javításának folyamata. Az izzítás és az oldatkezelés két példa erre. Például a hőkezelést követően egy bizonyos autóban a turbófeltöltő alkatrészének maradékfeszültsége 75%-kal csökken, a méretstabilitás pedig 30%-kal nő.
Meleg izosztatikus préselés (HIP): a pórusok összenyomása magas nyomású és hőmérsékletű környezetben, hogy az anyagsűrűség közel 100%. A repülőgépiparban a HIP kezelés megkétszerezi vagy megháromszorozza az alkatrészek kifáradási élettartamát.
2. Minőségi követelmény: „használható”-ról „megbízható”
A fém 3D nyomtatott alkatrészek felhasználási helyeire vonatkozó minőségi kritériumok közvetlenül az ilyen alkatrészek utófeldolgozási szükségleteihez{1}} kapcsolódnak. Az utólagos-feldolgozás szükséges lépéssé vált a következő helyzetekben:

Nagy pontosságú terület: Az orvosi implantátumoknak meg kell felelniük az ISO 13485 egészségügyi szabványnak, és a felületi érdességnek Ra 0,8 m-en kell tartania, hogy a baktériumok ne tapadjanak rájuk. Annak érdekében, hogy ne legyenek belső hibák, a repülőgép-hajtóműveket úgy kell tesztelni, hogy azok ne sérüljenek meg, például CT-vizsgálattal. A porozitásnak 0,1%-nál kisebbnek kell lennie.
Dinamikus terhelési környezet: Az olyan alkatrészeknek, mint a fogaskerekek, tengelyek és az autók egyéb alkatrészei, képeseknek kell lenniük a változó terhelés kezelésére. A maradék feszültségkoncentráció több mint 50%-kal csökkentheti a kezeletlen 3D nyomtatott alkatrészek kifáradási élettartamát.
A korrózióálló{0}}alkatrészeknek át kell menniük a sópermet teszten (mint az ASTM B117 szabvány). Az olyan felületkezelések, mint az eloxálás és a galvanizálás olyan védőfóliát képezhetnek, amely több mint tízszer ellenállóbbá teszi az alkatrészeket a korrózióval szemben.
De nem minden helyzet igényel sok utólagos{0}}feldolgozást. Például,

A prototípus-ellenőrzés szakasza: A fejlesztési ciklus felgyorsítása érdekében a precíziós megmunkálás elhagyhatja azokat a nem-kritikus elemeket, amelyeket a funkcionális teszteléshez használnak. A shell prototípusok gyors legyártásával egy szórakoztatóelektronikai cég 6 hétről 2 hétre csökkentette a tervezési változtatások idejét.
A belsejét alkotó részek: Ha a beágyazott elemek vagy az egymással nem érintkező felületek nem befolyásolják az általános teljesítményt, az eredeti felület megtartható. Egy bizonyos repülőgép-hajtómű üzemanyagvezeték-tartóját úgy fejlesztették, hogy a terület mindössze 40%-át kell újra feldolgozni.
Speciális anyagokhoz való rendszer: Homogén mikrostruktúrájuk miatt az egyes újszerű ötvözetekből, köztük a nagy entrópiájú ötvözetekből készült 3D nyomtatott alkatrészek azonnal megfelelnek a teljesítménykritériumoknak. Tanulmányok kimutatták, hogy a bizonyos összetételű CoCrFeNi-ötvözet komponensek megfelelnek a kopásállósági kritériumoknak anélkül, hogy szükség lenne a hőkezelésre -utáni nyomtatásra.
3, Költség és hatékonyság: Az utófeldolgozás „gazdasági határa”.
Az utófeldolgozás{0}}választásakor meg kell találnia az egyensúlyt a jobb teljesítmény és a magasabb költségek között. Például nézzünk meg egy projektet egy repülőgép szerkezetének egy bizonyos részére:

Közvetlen nyomtatás költsége: Az alkatrészek kinyomtatása 120 órát vesz igénybe, a berendezés és a por pedig nagyjából 80 000 jüanba kerül.
Az utófeldolgozás költsége -20 000 jüan a hőkezelésért, 30 000 jüan a CNC precíziós megmunkálásért és 10 000 jüan a tesztelésért, összesen 60 000 jüan.
Átfogó előnyök: Az utófeldolgozás 65%-ról 92%-ra emelte az alkatrészek minősítési arányát, 123 000 jüanról 109 000 jüanra csökkentette az egységköltséget, és megfelelt a légialkalmassági tanúsítvány követelményeinek.
Az iparágban az utófeldolgozás "gazdasági határa"{0}}a következő dolgoktól függ:

Alkatrész összetettsége: Minél bonyolultabb a szerkezet, annál nehezebb és drágább a feldolgozása. Például egy belső áramlási csatornával rendelkező turbinatárcsa támasztékának eltávolítása több mint 50 000 jüanba kerül darabonként, ha elektromos kisüléssel átvágják a vezetéket.
Kötegelt léptékben: kis tételekben történő gyártás közben az utólagos feldolgozás-költségei nagymértékben megoszlanak; miközben a dolgokat nagy léptékben gyártják, a folyamatoptimalizálás csökkentheti az egységenkénti költséget. Egy autógyártó cég tipikus utólagos feldolgozási módszerekkel 150 jüanról 80 jüanra csökkentette egy cikk árát.
Teljesítmény redundancia: Ha a tervezés lehetővé teszi a teljesítmény bizonyos változtatásait, csökkentheti a feldolgozás után szükséges lépések számát. Például egy bizonyos szerszámtartó 40%-kal csökkenti a szállítási időt a tűréstartomány megváltoztatásával és a hőkezelési lépés megszüntetésével.