Šta je naknadna{0}}obrada za 3D štampanje metala? Zašto je potrebna naknadna-obrada?

一, Šta je post{0}}obrada metala za 3D štampanje i koji su njeni glavni ciljevi
Naknadna{0}}obrada metala 3D štampanjem je niz koraka koji se poduzimaju na odštampanim dijelovima nakon što se završi proizvodnja metalnih aditiva. Ovi koraci uključuju popravljanje, optimizaciju i obradu dijelova kako bi se riješili proizvodnih nedostataka, poboljšali pokazatelji performansi i zadovoljili potrebe određenih aplikacija. Njegovi glavni ciljevi se mogu sažeti na sljedeći način:

Poboljšanje kvaliteta: riješite se problema kao što su nedostaci međuslojnog spajanja i grube površine koje dijelove čine manje pouzdanim.
Optimizacija performansi: Toplinska obrada, modifikacija površine i drugi tretmani mogu poboljšati važne kvalitete materijala kao što su čvrstoća, tvrdoća i otpornost na koroziju.
Ispravka dimenzija: Nadoknadite termičku deformaciju i skupljanje do kojih dolazi tokom štampanja kako biste bili sigurni da komadi zadovoljavaju zahtjeve tolerancije dizajna.
Funkcionalna integracija: davanje kompliciranijih ukupnih performansi komadima jačanjem njihove strukture ili kombinacijom različitih materijala.
Na primjer, u svemirskoj industriji, metalna 3D štampa se koristi za izradu opšteg okvira određene vrste rezervoara za gorivo raketnih motora. Zatim se koristi tretman vrućim izostatskim presovanjem (HIP) kako bi se otklonile sve unutrašnje pore. Nakon toga se CNC glodanjem oblikuje zaptivna površina, a eloksiranjem se koristi kako bi bila otpornija na koroziju. Ova serija postupaka nakon obrade čini dijelove 30% jačim, 40% lakšim i sposobnim za brtvljenje u vrlo teškim uvjetima.

2, Glavni tehnološki sistem za naknadnu{1}}obradu
Postoje četiri tehnološka modula u naknadnoj-obradi metalnog 3D štampe: uklanjanje materijala, termička obrada, površinska obrada i strukturno jačanje. Svaki modul je dio većeg rješenja koje funkcionira za različite situacije.

1. Uklanjanje materijala: rezbarenje sa preciznošću od "grubo" do "fino"
Metalni 3D štampani predmeti često se ne mogu odmah koristiti jer imaju zaostale potporne strukture i grube površine (Ra vrijednosti mogu biti visoke i do 10–20 μm). Tehnika uklanjanja materijala koristi mehaničku obradu, lasersko rezanje ili hemijsku koroziju za sljedeće:

Da biste uklonili potpornu strukturu, koristite alate za ljuštenje uz pomoć kriogena- ili mehaničke alate za rezanje kako biste bili sigurni da je potpora u potpunosti uklonjena bez oštećenja odštampanog predmeta. Na primjer, odštampani dio glavčine kotača automobila zamrznut je na niskoj temperaturi, zbog čega je noseća konstrukcija krhka i lakša za skidanje. Ovo povećava efikasnost za 50%.
Završna obrada površine: CNC glodanje, brušenje ili poliranje može učiniti hrapavost površine manjom od Ra0,8 μm. Obradni centar sa pet-osnih spojnica korišten je za zrcalno poliranje površine kanala protoka nakon štampanja lopatica određenog motora aviona. Ovo je smanjilo otpor protoka vazduha za 15%.
Korekcija veličine: Koristite opremu za mjerenje koordinata da dobijete povratne podatke i popravite sve promjene u veličini koje se dogode tokom štampanja pomoću mehaničke obrade. Tehnologija mikro glodanja održava tačnost dimenzija štampanog medicinskog implantata unutar ± 0,01 mm, što je ono što je potrebno za hirurško umetanje.
2. Toplinska obrada:-izmjena igre u kontroli performansi mikrostrukture
Toplotna obrada uklanja zaostala naprezanja koja se stvaraju tokom štampe (do 50% do 70% granice povlačenja materijala) i poboljšava zrnastu strukturu materijala regulacijom krivulje grijanja i hlađenja. Neke uobičajene metode su:

Tretman žarenjem: Zagrijte dio ispod temperature na kojoj se može rekristalizirati i održavajte ga toplim kako biste se riješili unutrašnjeg stresa i učinili ga fleksibilnijim. Tretman vakuumskim žarenjem smanjio je zaostalo naprezanje za 80% i utrostručio vijek trajanja ortopedskog implantata od legure titana nakon što je odštampan.
Čvrsti rastvor i tretman starenjem: Za materijale kao što su visokotemperaturne legure na bazi nikla-bazirane-, tretman čvrstim rastvorom otapa fazu jačanja, a zatim tretman starenjem uzrokuje formiranje finih taloga, što značajno povećava čvrstoću na visokim-temperaturama. Nakon štampanja turbinskog diska za dati avionski motor, čvrsti rastvor i tretman starenjem poboljšali su njegovu otpornost na puzanje na 650 stepeni za 40%.
Vruće izostatičko presovanje (HIP) koristi i visoku temperaturu (obično 0,7-0,9 puta više od tačke topljenja materijala) i visoki pritisak (100-200MPa) kako bi se oslobodili unutrašnjih pora i učinili materijal gušćim. Nakon štampanja određenog dela satelitske strukture, HIP obrada je podigla gustinu sa 99,2% na 99,95% i granicu zamora za 25%.
3. Površinska obrada: od "funkcionalizacije" do "inteligentizacije" u površinskom inženjerstvu
Modifikovanjem površinske morfologije ili hemijskog sastava objekata, tehnologija površinske obrade daje im specifične karakteristike uključujući otpornost na koroziju, habanje i biokompatibilnost. Neke uobičajene tehnologije su:

Pjeskarenje i poliranje: pjeskarenje koristi brze-čestice pijeska koje se kreću da udare o površinu, čineći je ravnomjerno grubom (Ra3,2–6,3 μm) i pomažu da se premaz bolje drži. Poliranje tada čini površinu još glađom, ispod Ra0,4 μm, kako bi se ispunile optičke ili zaptivne potrebe.
Galvanizacija i hemijsko prevlačenje su dva načina za dodavanje slojeva metala ili legure na površinu predmeta kako bi bili otporniji na rđu ili bolji u provođenju struje. Tretman niklovanjem smanjuje stopu korozije za 90% u 3,5% rastvoru NaCl nakon štampanja određenog dela pomorskog inženjerstva.
Laserska obloga: laserski snop visoke{0}}e energije topi prah legure i formira premaz debljine 0,1–5 mm na površini predmeta. To ga čini daleko otpornijim na habanje. Lasersko oblaganje premaza od legure Stellite 6 povećalo je otpornost na habanje zupčanika određenog komada rudarske opreme za pet puta nakon što su štampani.
Mikrolučna oksidacija: film od keramičkog oksida stavlja se na površinu legura aluminija i magnezija kako bi bile otpornije na habanje i koroziju. Tretman mikrolučnom oksidacijom povećao je vrijeme otpornosti na koroziju na više od 1000 sati u testu slanog spreja nakon štampanja nosača za novi energetski paket baterija vozila.
4. Ojačanje konstrukcije: promjena performansi od "jednog materijala" u "kompozitnu strukturu"
Dodavanjem faza ojačanja ili poboljšanjem puteva prijenosa opterećenja, tehnologija strukturalnog ojačanja čini dijelove mehanički bolje u celini. Neki uobičajeni načini su:

Ojačanje vlaknima: Stavljanje karbonskih ili keramičkih vlakana u metalnu matricu kako bi se napravila struktura kompozitnog materijala. Nakon štampe, određeni dio konstrukcije aviona je ojačan dodavanjem kratko rezanih karbonskih vlakana, što ga čini 30% jačim u pogledu specifične čvrstoće.
Dizajniranje materijala sa gradijentima: Možete mijenjati kvalitete materijala mijenjanjem mješavine praha ili parametara štampe. Štampani dijelovi ventila nuklearne energije imaju gradijentnu strukturu napravljenu od legiranog nehrđajućeg čelika na bazi nikla-. Ovo ih čini 40% otpornijima na zamor u okruženju termičke{4}}mehaničke spojnice.
Dizajn rešetkastih struktura: Korištenje optimizacije topologije za izradu laganih rešetkastih struktura koje su više od 50% lakše, ali ipak jake. Nakon ispisa određenog satelitskog nosača, on poprima tetraedarsku rešetkastu strukturu, što ga čini dvostruko čvršćim i 60% lakšim.
3, Potreba za naknadnom-obradom: skok sa "tehničke izvodljivosti" na "inženjersku pouzdanost"
Potreba za naknadnom{0}}obradom u 3D štampanju metala proizilazi iz sukoba između osnovnih atributa tehnologije aditivne proizvodnje i rigoroznih zahtjeva inženjerskih aplikacija. Naime, njegova neophodnost se vidi u sljedećim aspektima:

1. Oslobodite se proizvodnih nedostataka i uvjerite se da proizvod radi kako treba.
Toplotni stres zbog brzog zagrijavanja i hlađenja, pore koje se formiraju kada se prah ne stopi u potpunosti, i slabo međuslojno spajanje mogu učiniti komade manje izdržljivim i vjerovatnijim da će se slomiti tokom procesa 3D štampanja metala. Na primjer, granica zamora visokotemperaturnih dijelova od legura na bazi nikla-na bazi nikla bez HIP tretmana može biti manja od 50% od one za kovane dijelove; međutim, nakon žarenja radi uklanjanja zaostalog naprezanja, vijek trajanja kovanog dijela može premašiti 80%.

2. Ispuniti ciljeve performansi i proširiti raspon aplikacija
Zahtjevi za performanse dijelova uvelike variraju ovisno o primjeni. U vazduhoplovnoj industriji, delovi moraju dobro da rade u okruženjima sa visokim temperaturama, visokim pritiscima i visokim vibracijama. U oblasti medicinskih uređaja, dijelovi moraju biti biokompatibilni i otporni na koroziju iz tjelesnih tekućina. Automobilska industrija se više bavi time da dijelovi budu lakši i jeftiniji. Tehnologija naknadne obrade omogućava metalnim 3D-štampanim predmetima da zadovolje ove specifične potrebe optimizirajući ih za te svrhe. Na primjer, komora za sagorijevanje određenog tipa avionskog motora može i dalje biti strukturalno zdrava na visokoj temperaturi od 1200 stepeni nakon štampanja, zahvaljujući termičkoj obradi i premazivanju. Nakon štampe prilagođenog ortopedskog implantata od legure titana, hrapavost površine je smanjena na Ra0,2 μm kroz tretman poliranja kiselinom, što je uvelike poboljšalo adheziju koštanih ćelija.

3. Učinite ekonomiju efikasnijom i podstaknite veliku upotrebu
Metalna 3D štampa je jeftinija za izradu komplikovanih struktura, ali su troškovi sirovina (kao što je prah legure titanijuma, koji košta nekoliko stotina juana po kilogramu), amortizacija opreme i utrošena energija i dalje prilično visoki. Tehnologija naknadne obrade smanjuje ukupne troškove životnog ciklusa tako što bolje koristi materijale (na primjer, obnavlja više od 80% praha), smanjuje stopu otpada (na primjer, smanjuje stopu kvarova putem online detekcije i-korekcije u stvarnom vremenu) i produžava vijek trajanja dijelova (na primjer, čini dijelove otpornijim na koroziju kroz površinsku obradu). Na primjer, određena proizvodna linija za štampanje glavčine kotača automobila smanjila je vrijeme potrebno za proizvodnju jednog komada sa 8 sati na 2 sata dodavanjem automatiziranog sistema za naknadnu{8}} obradu. To je dovelo do ukupne uštede od 35%.