Da li svi metalni 3D štampani delovi zahtevaju termičku obradu?

1. Glavni zadatak termičke obrade je da se riješi nedostataka i da stvari rade bolje.
Procesi grijanja, izolacije i hlađenja mogu značajno poboljšati mikrostrukturu metalnih 3D štampanih dijelova toplinskom obradom. Ovo čini da dijelovi općenito bolje funkcioniraju.
Otklanjanje preostalog naprezanja: Neravnomjerno hlađenje i skrućivanje tokom štampe mogu lako uzrokovati zaostali napon unutar komada, što može uzrokovati njihovo savijanje ili razbijanje. Sporo hlađenje tokom procesa žarenja može pomoći u ublažavanju stresa. Nakon žarenja, na primjer, stopa smanjenja naprezanja u aerokosmičkim strukturnim dijelovima može biti više od 80%.
Poboljšanje mehaničkih svojstava: gašenje i kaljenje zajedno mogu učiniti stvari mnogo tvrđima i jačima. Na primjer, nakon kaljenja, nehrđajući čelik 316L je 30% tvrđi i otporniji na habanje, što ga čini dobrim za mehaničke dijelove koji moraju podnijeti veliku težinu.
Rafiniranje zrna: Proces usmjerene rekristalizacije upravlja toplinskim gradijentom kako bi se sićušna zrna spojila u stupaste kristale. Ovo čini materijal otpornijim na puzanje na visokim temperaturama. Istraživanje MIT-a pokazuje da nakon tretmana usmjerene rekristalizacije, veličina zrna visokotemperaturnih legura na bazi nikla-na bazi-rasta za nekoliko redova veličine, a vijek puzanja traje mnogo duže.
Tretman za zgušnjavanje: Vruće izostatičko presovanje (HIP) oslobađa se unutrašnjih pora upotrebom visoke temperature i visokog pritiska. To čini gustinu materijala gotovo 100%. Na primjer, HIP tretman je povećao vijek trajanja turbinskih diskova u motorima aviona u niskom ciklusu zamora sa 5000 ciklusa na 20000 ciklusa.
2. Situacije bez termičke obrade: poboljšanje karakteristika materijala i procesa
Iako toplinska obrada ima mnogo prednosti, komponente se mogu odmah koristiti bez dodatnog rada u sljedećim situacijama:
Dijelovi kojima nije potrebno puno naprezanja: Ako je struktura dijela osnovna, veličina je skromna i ne brine o zaostalom naprezanju, ne morate je žariti. Na primjer, manji dekorativni ili-nenosivi-dijelovi konstrukcije se vjerovatno neće izobličiti i ne čine toplinsku obradu vrijednom novca.
Različite kombinacije materijala i procesa: Neki materijali su stvorili savršene mikrostrukture tokom štampanja. Na primjer, tehnika selektivnog topljenja elektronskim snopom (EBSM) hladi se sporije, što znači da odštampani dijelovi titanijumske legure (Ti6Al4V) ne postaju tako grubi, što je dobro za medicinske implantate jer moraju biti biokompatibilni.
Scenario za obraćanje pažnje na kvalitet površine: Ako dio mora biti vrlo gladak, toplinska obrada može uzrokovati njegovu oksidaciju ili promjenu oblika. U ovom trenutku, toplinska obrada može se zamijeniti metodama površinske obrade uključujući kemijsko poliranje i lasersko poliranje. Nakon elektrohemijskog poliranja, hrapavost površine implantata od porozne titanijumske legure pada sa 6–12 μm na 0,2–1 μm bez potrebe za dodatnom termičkom obradom.
Provjera brze izrade prototipa: toplinska obrada može produžiti razvojni ciklus u fazi dizajna proizvoda. Na primjer, integrirana fleksibilna šarka u području potrošačke elektronike zahtijeva brzu izradu prototipnih dijelova, a direktno korištenje tiskanih dijelova može ubrzati proces verifikacije.
3. Okvir za donošenje odluka: Pronalaženje prave ravnoteže između performansi, troškova i efikasnosti
Potreban je detaljan pregled sljedećih varijabli da biste odlučili hoćete li izvršiti toplinsku obradu ili ne:
Funkcionalni zahtjevi: Vazdušni dijelovi moraju biti u stanju podnijeti ogromne temperature i naprezanja, zbog čega je toplinska obrada važna.
Medicinski implantati moraju biti jaki i sigurni za tijelo, a žarenje ili tretman HIP-a može im pomoći da rade bolje.
Ako je jedino važno kako izgledaju umjetničke skulpture ili izložbeni komadi, toplinska obrada se može preskočiti kako bi se uštedio novac.
Visokotemperaturne legure na bazi nikla-{1}}e vjerovatno pucati, pa im je potrebno čvrsto rješenje i tretman starenjem kako bi bile čvršće.
Delovi napravljeni od legure aluminijuma (kao što je AlSi10Mg) sadrže mikroskopska zrna, što ih odmah čini laganim.
Vrsta procesa: Proces topljenja u sloju praha (PBF) treba žariti jer se brzo hladi i ostavlja mnogo napetosti iza sebe.
Budući da ima visok unos topline i nizak nivo naprezanja, tehnika usmjerenog taloženja energije (DED) smanjuje potrebu za toplinskom obradom.
Ograničenja troškova: HIP oprema je skupa za kupovinu i korištenje, što malim i srednjim{0}}preduzećima otežava priuštiti. Moraju pronaći kompromis između performansi i troškova.
Toplinska obrada složenih strukturnih komponenti može uzrokovati njihovu promjenu oblika. Da bi se to izbjeglo, treba koristiti optimizaciju simulacije za podršku dizajnu i povećanje troškova istraživanja i razvoja.