Koji faktori će odrediti rješenje za naknadnu{0} obradu metala za 3D štampanje?

1. Svojstva materijala: Osnovna ograničenja za naknadnu{1}}obradu
Sastav, mikrostruktura i termofizička svojstva metalnih materijala za 3D štampanje direktno diktiraju tehničku putanju i procesne parametre naknadne{1}}obrade.
Osobine sastava materijala i fazni prijelazi
promjenjivi metali imaju vrlo varijabilnu temperaturu faznog prijelaza, koeficijente toplinskog širenja i oksidacijsku osjetljivost. Na primjer, legura titanijuma (Ti6Al4V) ima tendenciju da reaguje sa kiseonikom da napravi krhki oksidni sloj na temperaturama iznad 600 stepeni, tako da se toplotna obrada mora obaviti u vakuumu ili okruženju inertnog gasa. Visokotemperaturne legure na bazi nikla-(kao što je Inconel 718) imaju mnogo legirajućih elemenata i potrebna im je stepenovana kontrola taloženja "faze kroz tretman" (980-1020 stepeni izolacije u trajanju od 1 sata) i tretmana starenjem (720 stepeni izolacije između 8 sati) kako bi se pronašla ravnoteža
Gustina i svojstva praha
Na početnu gustinu štampanih predmeta utiče veličina čestica, koliko dobro teče i koliko je prah čist. Na primjer, dijelovi od legure aluminijuma štampani sferičnim prahom koji ima veličinu čestica od 15–45 μm mogu imati početnu poroznost od 3% do 5%. Da bi bile gušće od 99,9%, potrebno ih je vruće izostatski presovane (HIP) na 1200 stepeni i 100 MPa. Dijelovi odštampani prahom nanorazmjera možda će biti potrebno samo žariti kako bi se riješili unutrašnjeg naprezanja jer se vrlo brzo sinteruju.
Kontrola koja nije ista u svim smjerovima
Način na koji metalna 3D štampa slaže slojeve jedan na drugi daje mu anizotropna mehanička svojstva. Na primjer, vlačna čvrstoća nehrđajućeg čelika 316L je 10% do 15% niža duž smjera štampe (Z-osa) nego što je duž vertikalnog smjera (XY osa). Toplotna obrada, kao što je držanje na 750 stepeni 2 sata, a zatim gašenje vodom, može pomoći zrnima da se rekristaliziraju, smanje anizotropiju na unutar 5% i da strukturne dijelove učini konzistentnim.
2. Dio funkcionalnih zahtjeva: naknadna-obrada s ciljem na umu
Plan naknadne{0}}obrade bi trebao biti veoma fokusiran na to kako će se dijelovi na kraju koristiti i poboljšati metriku učinka na osnovu toga.
Poboljšanje mehaničkih performansi
Potreba za visokom čvrstoćom: Turbinski disk zrakoplovnog motora mora izdržati ekstremne temperature od 1000 stepeni i naprezanja od 1000 MPa. Zatezna čvrstoća mora biti povećana na više od 1200 MPa kompozitnom metodom HIP+termičke obrade (nakon 1220 stepeni /150 MPa HIP, 1080 stepeni čvrstog rastvora+720 stepena starenja).
Visoki standardi čvrstoće: Ortopedski implantati, uključujući protezu kuka, moraju biti jaki i sposobni izdržati habanje. Žarenje (držanje na 700 stepeni 4 sata, a zatim polagano hlađenje) može povećati stopu istezanja sa 15% na 25% i smanjiti rizik od krtog loma.
Bolja otpornost na koroziju
Dijelovi od nehrđajućeg čelika 316L koji se koriste u pomorskom inženjerstvu moraju dugo vremena biti otporni na koroziju spreja soli. Vrijeme otpornosti na slani sprej može se povećati sa 240 sati na 2000 sati korištenjem elektrohemijskog poliranja (koje uklanja površinski oksidni sloj) i eloksiranja (koje formira oksidni premaz debljine 10 μm). Ovo ispunjava zahtjeve standarda ISO 9227.
Poboljšanje kvaliteta površine
Sektor potrošačke elektronike ima stroga pravila o tome kako dijelovi trebaju izgledati. Da bi površina bila manje hrapava, potrebno ih je polirati u nekoliko koraka (grubo brušenje → fino brušenje → zrcalno poliranje) dok ne bude Ra0,2 μm ili niže. Tretman pjeskarenjem (200 mesh čestica glinog pijeska) primjenjuje se istovremeno kako bi se stvorio ujednačen mat završni sloj koji zadovoljava standarde dizajna.
3. Ograničenja u procesu proizvodnje: granica onoga što se može učiniti nakon obrade
Specifikacije procesa štampanja i mogućnosti opreme odmah ograničavaju mogućnosti za naknadnu{0}}tehnologiju obrade.
Kontrola zaostalog stresa
Tehnika laserskog topljenja u sloju praha (LPBF) ostavlja iza sebe zaostala naprezanja koja mogu biti visoka i do 70% granice tečenja materijala jer se tako brzo hladi. Žarenje za ublažavanje naprezanja (izolacija na 500-600 stepeni u trajanju od 2 sata) mora se obaviti odmah nakon završetka štampe. Ako nije, dijelovi bi se mogli iskriviti ili popucati prilikom rezanja ili obrade. Tehnologija topljenja elektronskim snopom (EBM) ima manje zaostalog naprezanja jer zagrijava podlogu na preko 600 stepeni prije nego što je otopi. Ovo olakšava proces-obrade.
Uklanjanje potporne konstrukcije
Dizajn potpore za komplikovane strukturne delove, kao što su komore za sagorevanje u avionskim motorima, treba da pronađe kompromis između stabilnosti tokom štampanja i lakoće upotrebe nakon štampanja. Korištenje materijala{1}}topivih u vodi može olakšati njihovo uklanjanje. S druge strane, metalni nosači moraju biti tretirani rezanjem žice (sa preciznošću od ± 0,05 mm) ili hemijskim jetkanjem (za mikrostrukture) kako bi se izbjegla oštećenja površine uzrokovana mehaničkim rezanjem.
Garancija točnosti dimenzija
Debljina sloja za štampanje (obično 20–100 μm) i pristup skeniranju (kao što je skeniranje šahovnice) utiču na to koliko su delovi precizni. Za dijelove kojima je potrebna tolerancija od ± 0,02 mm na površini za spajanje, potrebna je obrada pet-osi (kao što je glodanje i brušenje) nakon termičke obrade. Međutim, jednostavni strukturni dijelovi mogu postići površinsku preciznost Ra3,2 μm pjeskarenjem i brušenjem.
4. Cost{1}}Bilans troškova: ekonomski faktori o kojima treba razmišljati nakon obrade
Rješenje za naknadnu{0}}obradu mora pronaći najbolji balans između smanjenja troškova i poboljšanja performansi.
Optimizacija jediničnih troškova
Kada se pravi mnogo medicinskih implantata, HIP tretman može produžiti njihov vijek trajanja, ali cijena po jedinici raste za 30% do 50%. Promjenom postavki štampanja (kao što je povećanje gustine snage lasera) kako bi se smanjila početna poroznost, potrebe HIP obrade mogu se prepoloviti, što štedi mnogo novca.
Povrat ulaganja u opremu
Kompanije iz zrakoplovstva moraju potrošiti milione dolara na HIP opremu za obradu dijelova od visoko{0}}temperaturnih legura. Kako bi izbjegli neaktivna osnovna sredstva, mogu raditi sa stručnim pružaocima usluga post-obrade i naplaćivati ​​po komadu (cijena obrade po komadu) 500–2000.
Poboljšanje efikasnosti ciklusa
Za izradu kalupa za automobile tehnikom "štampanje+žarenje+precizna obrada" potrebno je 7 do 10 dana. Ali optimiziranjem postupka termičke obrade (na primjer, brzo podizanje temperature na 750 stepeni i zadržavanje tamo sat vremena), ciklus se može skratiti na 5 dana, što čini isporuku bržom.