Milyen problémák merülhetnek fel a fém 3D nyomtatott alkatrészekkel, ha az utófeldolgozást nem{1}}végzik meg?

1. Felületi hibák: láncreakció az "érdességtől" a "működési meghibásodásig".
A fém 3D nyomtatott tárgyak eleinte általában rossz felületi minőséget mutatnak, és komoly problémákkal járnak, beleértve a rétegződést, a sorját és a porozitást. Például az SLM (Selective Laser Melting) eljárás során rétegeket raknak egymásra, hogy alkatrészeket készítsenek. Ez nagy "lépcsőhatást" hoz létre a tárgy felületén, ami durvábbá teszi a szabványos megmunkálásnál, amelynek érdessége (Ra-értéke) 10-20 mikron, ami jóval magasabb, mint a hagyományos megmunkálás 0,8-3,2 mikronos. Ez az érdes felület nemcsak a dolgok megjelenését változtatja meg, hanem számos funkcionális problémát is okoz:

Feszültségkoncentráció és töréskezdeményezés: A felületi hibák feszültségkoncentráció helyeket hozhatnak létre, ami felgyorsítja a repedések terjedését az anyag terhelése vagy melegítése során. Például homokfúvás előtt egy adott repülőgépmotor turbinalapátjának kifáradási élettartama csak 30%-a annak, aminek lennie kellene. Homokfúvás után a kifáradási élettartam 90% fölé emelkedik.
Kisebb korrózióállóság: Az érdes felület megkönnyíti a korrozív anyagok átjutását. Például a polírozatlan 316L-es rozsdamentes acél alkatrészeken a sópermetezést követő 24 órán belül korrózió jelei mutatkoztak. Az elektrolitikus polírozás után azonban az alkatrészek több mint 500 órán keresztül ellenálltak a korróziónak.
Magasabb súrlódási együttható: Amikor két felület érintkezik és egymásnak csúszik, a felületi érdesség közvetlenül befolyásolja a súrlódás működését. Ha egy bizonyos autó sebességváltó tengelyrészeit nem dolgozták meg ultraprecízen, a súrlódási tényező 0,15-re nőtt, ami azt jelentette, hogy az energiafelhasználás 12%-kal nőtt. Az ultraprecíziós megmunkálás után a súrlódási tényező 0,03-ra, az energiafelhasználás pedig a tervezési értékre csökkent.
2, 2, Belső hibák: a "rejtett gyilkostól" a "katasztrofális kudarcig", egy rejtett válságig
A fém 3D nyomtatási folyamata során a hőfeszültség, valamint a por és a fém közötti fúzió hiánya olyan problémákat okozhat, mint a belső porozitás és repedések. Ha ezeket a hibákat nem javítják ki az utólagos-feldolgozás során, akkor az alkatrészek nagyon megbízhatatlanok lesznek.

Túl sok porozitás: Egy tanulmány megállapította, hogy a nem forró izosztatikus sajtolású (HIP) Ti-6Al-4V részek porozitása 0,5-1% lehet. A HIP kezelés után a porozitás 0,01% alá csökkenthető. A nagy porozitás miatt az alkatrész kevésbé sűrűsödik, ami nagyobb valószínűséggel törik el, amikor dinamikus terhelés alatt áll.
A maradék feszültség kontrollálhatatlan: Nyomtatás közben az alkatrész visszamaradó feszültséget építhet fel, ha gyorsan felmelegszik és lehűl. A formák készítésénél az egyik helyzetben azok az alkatrészek, amelyek{1}}nem feszültségmentesültek a használat előtt, meghajlottak és alakot váltottak, ami azt jelentette, hogy a formát ki kellett dobni. Az izzítás után az alkatrészek méretstabilitása 90%-kal javult.
Szervezet, amely nem egyenletes: A porágyas olvasztási folyamat miatt a szemcsék mérete jelentősen eltérhet az alkatrész különböző részein. A helyi szemcseméret elérte a 100 mikront, amikor a repülőgép szerkezetének egy bizonyos részét nem kezelték oldattal. Az oldatos kezelést követően azonban a szemcseméret egyenletessé vált, 20-30 mikron közé, a fáradtságállóság pedig háromszorosára nőtt.
3. A teljesítmény romlása: a "terv megfelelősége" és a "tényleges hiba" közötti teljesítménybeli különbség
Még ha az alkatrészek geometriai méretei megfelelnek is a tervezési kritériumoknak, mechanikai teljesítményük jóval elmaradhat a várttól, ha nem történik utófeldolgozás:

Egy tanulmány kezeletlen és hőkezelt{0}}316 literes rozsdamentes acél alkatrészeket vizsgált. Megállapította, hogy a kezeletlen alkatrészek szakítószilárdsága a tervezési értéken volt, de a nyúlás csak a tervezési érték 60%-a. A hőkezelés után a nyúlás visszaállt a tervezési értékre.
A keménység nem egyenletesen oszlik el: A közvetlen energialerakódás (DED) technikával készült alkatrészek általában keménységi gradienssel rendelkeznek. Egy-egy formabetét felületi keménysége csak 35HRC volt a nitridálás előtt, de a kezelés után 58HRC-re, kopásállósága pedig 5-szörösére nőtt.
Nem elég hőstabilitás: A nem öregített, magas hőmérsékletű{0}}ötvözet alkatrész 20%-át veszítette keménységéből, miután 100 órán át 650 fokon dolgozott. De az öregedési kezelést követően a keménységmegtartási százalék 95% fölé emelkedett.
4. Gazdasági költség: ellenőrizhetetlen költségek, a "részleges átdolgozástól" a "teljes leállításig".
Az utófeldolgozás{0}}elhagyása nemcsak rontja az alkatrészek működését, hanem a gazdaságra is láncreakciót vált ki:

Az átdolgozás költsége nagyon megemelkedett. Az egyik autóalkatrész-gyártó egy egész köteg alkatrészt kidobott, mert nem végeztek utólagos-feldolgozást, és az utómunkálati költségek a teljes megrendelés értékének 35%-át tették ki. De ha a roncsolásmentes tesztelést és javítást közvetlenül a nyomtatás után végzik el, a költség 5%-on belül tartható.
Hosszabb gyártási ciklus: Mivel egy repülőgép-szerkezeti alkatrész nem kapta meg a szükséges feszültségcsökkentő kezelést, az összeszerelés során meggörbült. Emiatt az egész gyártósor két hétre leállt, ami 2 millió dollárjába került a cégnek.
A márka hírneve megsérült: az orvosi implantátumgyártó nem csiszolta ki termékei felületét, ami a visszahívások számának 15%-os növekedését, a vásárlók 25%-os elvesztését és a márkaérték mérhetetlen értékvesztését eredményezte.