Milyen tényezők határozzák meg a fém 3D-nyomtatásának{0}}utófeldolgozási megoldását?

1. Anyagtulajdonságok: Az utófeldolgozás alapvető korlátai-
A fém 3D nyomtatási anyagok összetétele, mikroszerkezete és termofizikai tulajdonságai közvetlenül meghatározzák az utófeldolgozás műszaki pályáját és folyamatparamétereit.
Az anyag összetételének és fázisátalakulásának tulajdonságai
A változó fémek fázisátalakulási hőmérséklete, hőtágulási együtthatója és oxidációs érzékenysége nagyon változó. Például a titánötvözet (Ti6Al4V) hajlamos reagálni az oxigénnel, és törékeny oxidréteget képez 600 fok feletti hőmérsékleten, ezért a hőkezelést vákuumban vagy inert gáz környezetben kell elvégezni. A nikkel-alapú, magas hőmérsékletű-ötvözetek (mint például az Inconel 718) számos ötvözőelemet tartalmaznak, és fokozatos szabályozásra van szükségük a „fázisos oldatkezelés (980–1020 fokos szigetelés 1 órán keresztül) és az öregedési kezelés (720 fokos szigetelés 8 órán keresztül) kicsapódása tekintetében, hogy megtalálják az egyensúlyt az erő és a tn között.
A por sűrűsége és tulajdonságai
A nyomtatott cikkek kezdeti sűrűségét befolyásolja a részecskék mérete, mennyire jól folynak, és mennyire tiszta a por. Például a gömb alakú porral nyomtatott, 15–45 μm-es részecskeméretű alumíniumötvözet alkatrészek kezdeti porozitása 3–5%. Ahhoz, hogy 99,9%-nál sűrűbbek legyenek, 1200 fokon és 100 MPa-on forró izosztatikus préselést (HIP) kell végezni. Előfordulhat, hogy a nanoméretű porral nyomtatott alkatrészeket csak lágyítani kell, hogy megszabaduljunk a belső feszültségtől, mert nagyon gyorsan szintereznek.
Nem minden irányban egyforma vezérlés
Anizotróp mechanikai tulajdonságokat ad annak, ahogy a fém 3D nyomtatás rétegeket rak egymásra. Például a 316L-es rozsdamentes acél szakítószilárdsága 10-15%-kal alacsonyabb a nyomtatási irány (Z- tengely) mentén, mint a függőleges irányban (XY tengely). A hőkezelés, mint például a 750 fokos hőmérsékleten tartás 2 órán keresztül, majd vízzel való kioltás, elősegítheti a szemek átkristályosodását, 5%-ra csökkentheti az anizotrópiát, és konzisztenssé teheti a szerkezeti részeket.
2. A funkcionális követelmények egy része: utólagos feldolgozás-célt szem előtt tartva
Az utófeldolgozási tervnek nagymértékben arra kell összpontosítania, hogy a darabokat végül hogyan fogják felhasználni, és ennek alapján javítani kell a teljesítménymutatókat.
A mechanikai teljesítmény javítása
Nagy szilárdság szükséges: A repülőgép-hajtómű turbinatárcsájának extrém, 1000 fokos hőmérsékletet és 1000 MPa feszültséget kell elviselnie. A szakítószilárdságot 1200 MPa fölé kell emelni HIP+hőkezelés kompozit módszerrel (1220 fok /150 MPa HIP, 1080 fokos szilárd oldat+720 fokos öregítés után).
Magas szívóssági szabványok: Az ortopédiai implantátumoknak, beleértve a csípőprotézist is, erősnek kell lenniük, és ellenállniuk kell a kopásnak. Az izzítás (700 fokon tartás 4 órán keresztül, majd lassú lehűtés) 15%-ról 25%-ra növelheti a nyúlási sebességet, és csökkenti a rideg törés kockázatát.
Jobb korrózióállóság
A tengerészeti mérnökökben használt 316 literes rozsdamentes acél alkatrészeknek hosszú ideig ellenállniuk kell a sópermetes korróziónak. A sópermetezési ellenállási idő 240 óráról 2000 órára növelhető elektrokémiai polírozással (ami eltávolítja a felületi oxidréteget) és eloxálással (ami 10 μm vastag oxidbevonatot képez). Ez megfelel az ISO 9227 szabvány követelményeinek.
A felület minőségének javítása
A fogyasztói elektronikai szektor szigorú szabályokkal rendelkezik az alkatrészek megjelenésére vonatkozóan. Ahhoz, hogy a felület kevésbé érdes legyen, több lépésben kell polírozni őket (durva csiszolás → finomcsiszolás → tükörpolírozás), amíg Ra0,2 μm vagy alacsonyabb lesz. A homokfúvás kezelést (200 mesh timföld homokszemcsék) egyidejűleg alkalmazzák, hogy egységes, matt felületet hozzanak létre, amely megfelel a tervezési szabványoknak.
3. Korlátozások a gyártási folyamatra: a feldolgozás utáni korlátok
A nyomtatási folyamat specifikációi és a berendezés képességei azonnal korlátozzák az utófeldolgozási{0}technológiák lehetőségeit.
A maradék feszültség szabályozása
A lézerpor ágyú olvasztási (LPBF) technika olyan maradó feszültségeket hagy maga után, amelyek akár az anyag folyáshatárának 70%-át is elérhetik, mivel olyan gyorsan lehűl. A feszültségmentesítő izzítást (2 órás szigetelés 500-600 fokon) közvetlenül a nyomtatás után kell elvégezni. Ha nem, az alkatrészek meghajolhatnak vagy megrepedhetnek vágás vagy megmunkálás közben. Az elektronsugaras olvasztási (EBM) technológia kisebb maradékfeszültséggel rendelkezik, mivel a hordozót 600 fok fölé melegíti, mielőtt megolvasztja. Ez megkönnyíti az utólagos-feldolgozási folyamatot.
A tartószerkezet eltávolítása
A bonyolult szerkezeti részek, például a repülőgép-hajtóművek égéstereinek tartószerkezetének kompromisszumot kell találnia a nyomtatás közbeni stabilitás és a nyomtatás utáni könnyű használat között. Vízben{1}}oldható hordozóanyagok használata megkönnyítheti azok eltávolítását. Másrészt a fém támasztékokat huzalvágással (± 0,05 mm-es pontossággal) vagy vegyi maratással (mikroszerkezeteknél) kell kezelni, hogy elkerüljük a mechanikai vágás által okozott felületi károsodást.
Garancia a méretpontosságra
A nyomtatási réteg vastagsága (általában 20–100 μm) és a szkennelési megközelítés (ilyen sakktábla-szkennelés) egyaránt befolyásolja az alkatrészek pontosságát. Azoknál az alkatrészeknél, amelyeknél ± 0,02 mm-es tűrésre van szükség az illeszkedő felületen, a hőkezelést követően öt-tengelyes megmunkálásra (például marásra és köszörülésre) van szükség. Az egyszerű szerkezeti részek azonban homokfúvással és csiszolással Ra3,2 μm felületi pontosságot kaphatnak.
4. Költség-haszon mérleg: gazdasági tényezők, amelyekre a feldolgozás után gondolni kell
Az utófeldolgozási-megoldásnak meg kell találnia a legjobb egyensúlyt a költségek csökkentése és a teljesítmény javítása között.
Az egységköltségek optimalizálása
Ha sok orvosi implantátumot készítenek, a HIP kezelés meghosszabbíthatja azok élettartamát, de az egységenkénti költség 30-50%-kal nő. A nyomtatási beállítások módosításával (például a lézerteljesítmény-sűrűség növelésével) a kezdeti porozitás csökkentésére a HIP-feldolgozási igény felére csökkenthető, ami sok pénzt takarít meg.
A berendezésbe történő befektetés megtérülése
A repülőgépipari vállalkozásoknak dollármilliókat kell költeniük HIP-berendezésekre, hogy magas hőmérsékletű{0}}ötvözet alkatrészeket dolgozzanak fel. A használaton kívüli tárgyi eszközök elkerülése érdekében szakértő utó{2}}feldolgozó szolgáltatókkal dolgozhatnak, és darabonkénti díjat (darabonkénti feldolgozási költség) 500–2000.
A ciklus hatékonyságának javítása
7-10 napot vesz igénybe az autóformák "nyomtatás+lágyítás+precíziós megmunkálás" technikával történő elkészítése. De a hőkezelési eljárás optimalizálásával (például gyorsan 750 fokra emelve a hőmérsékletet, és ott tartva egy órán keresztül) a ciklus 5 napra csökkenthető, ami gyorsabbá teszi a szállítást.