Magas a fém 3D nyomtatás hőkezelésének költsége?

一, A hőkezelés fő szerepe a fém 3D nyomtatásában
A fém 3D nyomtatás bonyolult szerkezeteket készít a fémpor rétegenkénti megolvasztásával, de ennek a folyamatnak három nagy problémája van:
Maradék feszültség: A lézerrel történő gyors melegítés és hűtés megváltoztathatja a rács alakját, ami az alkatrészek megrepedését vagy elhajlását okozhatja.
Szervezeti hibák: A nem{0}}egyensúlyi szilárdulás durva elemeket, például oszlopos kristályokat és dendriteket hoz létre, amelyek kevésbé erősek az anyagokhoz.
Egyenetlen teljesítmény: a rétegközi csomópontoknál könnyen kialakulhatnak gyenge felületek, ami lerövidíti az anyag élettartamát.
A hőmérsékletmező és a fázisátalakulási folyamat gondos kezelésével a hőkezelés három fő célt érhet el:
Stresszoldás: A lágyító kezelés megszabadul a maradék feszültségtől és stabilabbá teszi a méreteket.
Szervezeti optimalizálás: Egységes és finom egyentengelyű kristályszerkezet elérése szilárd oldattal és öregedéskezeléssel.
A teljesítmény javítása: A kicsapódási szakaszok alakjának szabályozása az erő és a szívósság közötti egyensúly megtalálása érdekében.
Például az SLM technológiát egy speciális repülőgép-hajtómű-lapát készítésére használták, amelyet ezután 1050 fokos oldattal kezeltek és 550 fokon öregítettek. A szakítószilárdság 850 MPa-ról 1200 MPa-ra nőtt, és a kifáradási élettartam háromszorosára nőtt.
2, Többdimenziós pillantás a hőkezelés költségbontására
1. Berendezés költsége: a precíz vezérlés költsége
Fém 3D nyomtatott tárgyak hőkezeléséhez speciális eszközökre van szükség:
A vákuumkemence megakadályozza az aktív fémek, például a titánötvözetek rozsdásodását. Két-háromszor annyiba kerül, mint egy hagyományos kemence.
Lézeres hőkezelő rendszer: kis terület felületének megváltoztatására szolgál, és a berendezés több mint 5 millió jüanba kerül.
Az intelligens vezérlőrendszernek infravörös hőmérséklet mérést, légkör szabályozást és egyéb modulokat kell tartalmaznia. Egyetlen rendszer értéke több mint egymillió jüan.
Egy cég azt állítja, hogy a hőkezelő berendezések amortizációja az egységköltség 18-25%-át teszi ki, és ez az arány gyorsan növekszik a berendezés pontosságának javulásával.
2. Energiaköltség: A magas hőmérséklet hosszú távú-fekete lyukat hoz létre az energiafogyasztásban.
A hőkezelési folyamat normál beállításai:
Oldatkezelés: 4-6 óra szigetelés 1000-1050 fokon
Időkezelés: tartsa a szigetelést 160-180 fokon 8-12 órán keresztül.
Stresszoldó izzítás: Tartsa 300-400 fokon 2-4 órán keresztül.
Például 120-150 kWh energiára van szükség egy darab Ti6Al4V hőkezeléséhez, amely SLM-mel készült. Az áram költsége több mint 15%, ha elektromos fűtőkemencét használ. Ha gázfűtésű kemencét használ, 40%-ot takarít meg az energiaköltségeken, de többet kell költenie a kipufogógázok tisztítására szolgáló berendezésekre.
3. Anyagköltség: Az újrahasznosítási por hatékonysági játéka
A hőkezelés anyagveszteséget okozhat:
Oxidációs égés: Amikor a fémet magas hőmérsékletre hevítik, oxidációs bőr keletkezik a felületén. A veszteség mértéke 0,5-1,2%.
Illékony anyagok elvesztése: Az alacsony forráspontú fémek, például a magnéziumötvözetek, magas hőmérsékleten elpárolognak, tömegük több mint 2%-át elveszítve.
Tartószerkezet: Összetett belső áramlási csatornarészek kivehető támasztékkal történő tervezése 5-8%-kal növeli az anyaghulladék arányát.
A por-újrahasznosító rendszer 92-95%-ra tudja emelni a felhasználási arányt, azonban az újrahasznosított por hatékonyságának elvesztése még megoldásra szorul. Egy tanulmány megállapította, hogy három használat után a Ti6Al4V por oxigénkoncentrációja 0,03%-kal nőtt, ami 12%-kal csökkentette az alkatrészek fáradási szilárdságát.
4. Időköltség: a folyamatláncnak van egy hatékonysági szűk keresztmetszete
Egy tipikus hőkezelési ciklus így néz ki:
Kezelés előtt: tisztítás, alátámasztás nélkül, homokfúvás (2-4 óra)
A fűtés, szigetelés és hűtés (8-24 óra) mind a hőkezelés része.
Utó{0}}feldolgozás: a huzal vágása, polírozása és tesztelése (3–6 óra)
Egy bizonyos autóalkatrész-gyártó cég azt állítja, hogy a hőkezelési eljárás a teljes 3D nyomtatás gyártási ciklusának 60-70%-át teszi ki. Ez a fő oka annak, hogy a szállítások lassúak.
3, Technikai út a költségek csökkentésére
1. Változtassa meg a dolgok menetét: rövidítse le a hőkezelési ciklust.
A gyors lágyítási technika nagy{0}}teljesítménysűrűségű fűtést használ, hogy az oldat kezeléséhez szükséges időt 6 óráról 2 órára csökkentse.
Fokozatú öregedési folyamat: A hőmérséklet több szakaszban történő szabályozásával a teljes szigetelési idő lerövidül, miközben továbbra is gondoskodik a jó teljesítményről.
Indukciós fűtésű helyi kezelés: Csak a legfontosabb részek fűthetők, ami több mint 70%-kal csökkenti az energiafelhasználást.
Egy bizonyos repülőgépgyártó cég gyors lágyítási technológiát alkalmazott, hogy 35%-kal csökkentse a Ti6Al4V alkatrészek hőkezelésének költségeit, és 20%-kal konzisztensebbé tegye a mikroszerkezetet.
2. A berendezés korszerűsítése: Az energia jobb felhasználása
Vákuumos, alacsony nyomású{0}}karburizáló kemence: Tartsa a levegő nyomását 10 és 100 Pa között, hogy kevesebb gázt használjon fel.
Hulladékhővisszanyerő rendszer: a hűtővíz hulladékhőjének felhasználása új alkatrészek melegítésére, ami 18%-kal csökkenti a teljes energiafelhasználást.
Intelligens hőmérséklet-szabályozó rendszer: gépi tanulást használ a fűtési görbe javítására, és csökkenti a hőmérséklet-változások miatti ismételt feldolgozás szükségességét.
Miután egy bizonyos berendezésgyártó intelligens hőmérséklet-szabályozási rendszert kezdett alkalmazni, a hőkezelés minősítési aránya 82%-ról 95%-ra nőtt, az egységenkénti költség pedig 22%-kal csökkent.
3. Anyagok javítása: Olcsó ötvözetrendszerek készítése
Részleges nyomtatási technológia: alumíniumötvözet alkalmazása azokban az alkatrészekben, amelyeknek nem kell nagy súlyt elviselniük, és titánötvözet alkalmazása azokban az alkatrészekben, amelyeknek kell, ami 40%-kal csökkenti az anyagárakat.
Nanomódosított por: 0,5%-os nanorészecskék hozzáadása 50 Celsius-fokkal csökkenti a hőkezelési hőmérsékletet és 30%-kal csökkenti az energiafelhasználást.
Regenerált por használata: Készítsen modellt arra vonatkozóan, hogyan változik a por teljesítménye az idő múlásával, hogy a termelés stabil maradjon legalább öt használat után.
Az egy bizonyos kutatócsoport által készített Mg Zn Ca rozsdamentes magnéziumötvözet ugyanolyan jól működött, mint az alumíniumötvözet a sópermetezési tesztekben, és 60%-kal csökkentette a felületkezelési költségeket.
4. Folyamat újratervezés: a gyártás és a hőkezelés összekapcsolása
Integrált berendezés a nyomtatási hőkezeléshez: egy indukciós fűtőmodul van beépítve a nyomtatókamrába, amely lehetővé teszi az in{0}}hevítést.
Digitális iker technológia: szimuláció segítségével megtalálja a legjobb folyamatparamétereket, és csökkenti a próba- és hibaköltségeket.
Automatizált gyártósor: olyan modulok kombinálásával, mint a tisztítás, a hőkezelés és az érzékelés, a munkaerőköltségek felére csökkenthető.
Egy adott cég épített egy intelligens gyárat, amely 42%-kal csökkentette a 3D nyomtatott alkatrészek összköltségét azáltal, hogy megváltoztatta azok gyártási módját. A hőkezelés költsége 25%-ról 14%-ra csökkent.