Különböző területeken azonos igények vannak a fém 3D-nyomatok befejezésére?

1. Aerospace: A legjobb teljesítmény és az extrém környezetekhez való alkalmazkodás képessége
A repülőgép-szektor nagyon szigorú szabványokkal rendelkezik a fém 3D nyomtatott alkatrészekre vonatkozóan. Röviden, ezeknek az alkatrészeknek erősnek, magas hőmérsékletet is bírniuk, megbízhatónak és könnyűnek kell lenniük. Például a repülőgépmotorok turbinalapátjainak 1000 fok feletti hőmérsékleten kell működniük, és percenként több tízezer fordulatszámú centrifugális erőt kell kitartaniuk. Ezenkívül 30–50%-kal könnyebbnek kell lenniük, mint a szabványos öntvényeknek. Ez a nagyon nehéz munkakörnyezet három fő követelményt támaszt az utólagos-feldolgozással szemben:

Mikroszerkezet-szabályozás: forró izosztatikus préselés (HIP) segítségével eltávolítjuk a belső pórusokat és elérjük a 100%-os anyagsűrűséget. Egy bizonyos repülőgépgyártó cég HIP-kezelt 3D nyomtatott titánötvözet pengéket alkalmaz. Ezek a pengék ötször tovább bírják, mint a kezeletlen alkatrészek, és 92%-ban olyan erősek, mint a kovácsolt alkatrészek.
Megszabadulni a maradék feszültségtől: A lézeres szelektív olvasztási (SLM) eljárásból származó maradékfeszültség akár az anyag folyáshatárának 60%-a is lehet. Stresszlágyítás (550 fokos tartás 4 órán keresztül) szükséges ahhoz, hogy a stressz szintet biztonságos szintre csökkentsük. Ezt a kezelést követően egy adott űrhajó teherhordó szerkezete 3,2 mm-ről 0,1 mm-re változott.
A felület integritásának ellenőrzése: Az elektrolitikus polírozás Ra12,5 μm-ről Ra0,4 μm-re csökkenti a felület érdességét, és 1–2 μm vastag passzivációs réteget képez. Ezáltal a sópermet teszt 200 órától 2000 óráig tart, és biztonságossá teszi a terméket tengeri környezetben.
2, Orvosi implantátumok: biokompatibilitás és személyre szabott testreszabás
Az orvosi üzletnek olyan fém 3D nyomtatott alkatrészekre van szüksége, amelyek biztonságosak az élőlények számára, és sokféleképpen használhatók. A fő probléma az, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy az „anyagszerkezeti függvény” háromszor egyezik. Például egy személyre szabott csípőízületi protézisnek meg kell felelnie a következő paramétereknek az utófeldolgozáshoz:

Felületi biológiai aktiválás: A titánötvözet felületén mikroíves oxidációval 20 μm vastag porózus oxidréteg keletkezik. A porozitást 30% és 40% között tartják, a pórusméret pedig 50 és 100 μm között van, ami hasonló az emberi csont trabekulák szerkezetéhez. Egy klinikai vizsgálat kimutatta, hogy ez a felületkezelés 40%-kal javítja a csontintegráció ütemét, és hat hónappal a műtét után 98,7%-os protézisstabilitást ér el.
Mágnes nélküli kezelés: Ahhoz, hogy a magmágneses rezonancia működjön, az anyag maradék mágnesességének 5nT-nál kisebbnek kell lennie, és a mágneses tartomány orientációjában a nyomtatás során fellépő különbséget szilárd oldatos kezeléssel (850 fokos szigetelés 2 órán keresztül és vízhűtés) el kell távolítani. Ezt a terápiát követően egy specifikus szívstent által okozott képi műtermékek tartománya 3T MRI készülékben 82%-kal csökkent.
Egyedülálló méretszabályozás: Az öt-tengelyes függesztőmű-megmunkáló központ ± 0,02 mm-es méretpontossággal csiszolja le a csatlakozási felületet. A betegek CT-adatainak szkennelésére, 3D nyomtatásra és CNC precíziós megmunkálására fordított tervezést alkalmazó egyedi koponyajavító implantátum a hibahely 99,3%-ára illeszkedik.
3. Autók készítése: a súly és a költség egyensúlyozása
Az autóiparban „polarizált” igény mutatkozik a fém 3D nyomtatott alkatrészek iránt. A csúcskategóriás-modellek a legjobb teljesítményt, míg az alacsony költségű modellek-a költségeket alacsonyan akarják tartani. Ez az egyedülálló követelmény az utólagos feldolgozási technológiát{5}}kétféleképpen módosítja:

Nagy teljesítményű-alkatrészfeldolgozás: Egy új energiahordozó jármű motorháza 3D nyomtatott alumíniumötvözetből készül. A T6 hőkezelés (szilárd oldat 530 fok + mesterséges öregítés 170 fok) a szakítószilárdságot 280 MPa-ról 380 MPa-ra emeli. A hővezető képesség 120 W/(m · K)-ról 180 W/(m · K)-ra nőtt, hogy megfeleljen az IGBT modulok hőelvezetési igényeinek.
Gazdaságos komponensek feldolgozása: Egy adott gazdaságossági modell 3D nyomtatott rozsdamentes acél konzolokat alkalmaz, amelyek felületi érdessége Ra10 μm-ről Ra3,2 μm-re csökkenthető homokfúvással, 80 mesh méretű Al2O3 homokszemcsékkel. Ezzel egyidejűleg egy 0,5 μm vastag nyomófeszültség-réteg jön létre, amely 50 000-ről 200 000 ciklusra növeli a kifáradási élettartamot, megfelelve a 10 éves használati kritériumoknak.
A kötegelt gyártás optimalizálása: A több-lézerfejű SLM-eszköz egy adott átviteli szeleptestet nyomtat, egy online lézerinterferométer pedig valós időben ellenőrzi a rétegközi kötés minőségét. Az automatizált sörétes kivágás (üveggyöngyök, szemcseméret 220 mesh) segítségével egy darab utófeldolgozási ideje 45 percről 12 percre csökken, ami évi 500 000 darab elkészítéséhez elegendő.
4. Energetikai berendezések: garantált hosszú élettartam és korrózióállóság
A fém 3D nyomtatott alkatrészeknek képesnek kell lenniük a nagyon kemény körülmények, például a magas hőmérséklet, a magas nyomás és a jelentős korrózió kezelésére. Ez igaz az atomenergia, a petrolkémia és más ágazatokra. Egy adott tenger alatti olaj- és gázszelep nikkel-alapú ötvözetből épül fel, amelyet 3D-s nyomtatással készítettek. Az utófeldolgozó{6}}rendszer a következőket tartalmazza:

Tisztítás szuperkritikus folyadékokkal: Folyékony CO2-t használva a belső áramlási csatornában lévő maradék por eltávolítására, ez a módszer nyolcszor hatékonyabb, mint a tipikus ultrahangos tisztítás, és a maradék részecskék mérete 10 μm alatt marad.
Gradiens hőkezelés: Szegmentált oltással (1050 fokos vízhűtés + 760 fokos olajos oltás) 1 mm vastag martenzites réteg képződik az anyag felületén, miközben az ausztenit szerkezet a magban megmarad. Ezáltal a szelep ütésállósága 20 J-ról 120 J-ra csökken -46 fokos alacsony hőmérsékleten.
Kompozit bevonat technológia: Először is, a plazma permetezéssel 0,3 mm vastag Al2O3-13% TiO2 kerámiaréteg jön létre. Ezután a lézeres burkolat hozzáad egy 0,1 mm vastag NiCrBSi ötvözetréteget. Ez csökkenti a szelep korróziós sebességét 0,02 mm/évről 0,001 mm/évre 5%-os NaCl oldatban.