Zašto termička obrada uzrokuje promjenu dimenzija u metalnim 3D odštampanim dijelovima
Primarni pokretač je oslobađanje zaostalog naprezanja nastalog tokom brzog topljenja i skrućivanja SLM procesa. Kako se naprezanja opuštaju tokom zagrijavanja, dijelovi se mogu iskriviti, skupiti ili uvrnuti.
Dodatni faktori uključuju:
Toplotno širenje i kontrakcija tokom ciklusa grijanja/hlađenja.
Fazne transformacije koje uzrokuju promjene volumena (npr. u legurama titana).
Utjecaj strukture potpore - oslonci mogu ograničiti izobličenje u nekim područjima dok ih u drugim dozvoljavaju.
Ti-6Al-4V kičmeni kavez koji je bio podvrgnut oslobađanju od stresa na 800 stepeni doživio je iskrivljenje od 0,15–0,25 mm na dužini od 80 mm. Ovo je bilo dovoljno da se kritične površine za spajanje izbaci iz tolerancije.
Metalna 3D štampaPromena dimenzija tokom termičke obrade je direktan rezultat jedinstvene termičke istorije proizvodnje aditiva.
Koliko dimenzionalnih promjena zapravo trebate očekivati?
Tipični rasponi izobličenja za standardno ublažavanje naprezanja su 0,1–0,5% linearne promjene, iako to značajno varira ovisno o geometriji i procesu. Složene geometrije, tanki zidovi i dugi prepusti pojačavaju izobličenje. HIP ima tendenciju da proizvede ujednačenije (ali ponekad i veće) promjene zbog pritiska, dok jednostavno ublažavanje naprezanja uzrokuje više lokalizirano savijanje.
Tablica podataka: Tipični rasponi dimenzionalnih promjena
|
Materijal |
Stress Relief |
HIP |
Tretman rastvorom i starenje |
Bilješke |
|
Ti-6Al-4V |
0.1–0.4% |
0.2–0.6% |
0.15–0.5% |
Osjetljiv na faznu transformaciju |
|
316L nerđajući |
0.05–0.25% |
0.1–0.3% |
N/A |
Relativno stabilan |
|
CoCr legure |
0.1–0.35% |
0.15–0.4% |
0.2–0.45% |
Efekti karbida |
|
Inconel 718 |
0.08–0.3% |
0.1–0.35% |
0.1–0.4% |
Dobra stabilnost |
|
AlSi10Mg |
0.2–0.7% |
Ograničena upotreba |
N/A |
Najveća osjetljivost |
Post{0}}obrada SLM tolerancije dimenzija zahtijeva unaprijed planiranje.
Materijal{0}}po-Dimenzionalno ponašanje materijala pod toplinskom obradom
Ti-6Al-4V: Visoko osetljiv zbog / fazne transformacije blizu 882 stepena (beta transus). Distorzija je uobičajena ako se pažljivo ne kontroliše.
Nerđajući čelik 316L: stabilniji, ali zahteva izbegavanje opsega senzibilizacije (450–850 stepeni).
CoCr legure: Promene zapremine usled taloženja karbida.
Inconel 718: Dobra dimenzionalna stabilnost, ali ima koristi od fiksiranja tokom starenja.
AlSi10Mg: Veoma sklon-izobličavanju; ograničeno na niže temperature.
17-4PH: Predvidljiva kontrakcija tokom starenja.
Tabela podataka: materijal-Specifično ponašanje
|
Materijal |
Tipični raspon temperature |
Rizik promjene faze |
Tipičan linearni pomak |
|
Ti-6Al-4V |
700–950 stepeni |
Visoko |
0.1–0.5% |
|
316L |
600–1100 stepeni |
Srednje |
0.05–0.3% |
|
AlSi10Mg |
200–300 stepeni |
Nisko |
0.2–0.7% |
Uloga dizajna dijelova u kontroli promjene dimenzija
Pametan dizajn značajno smanjuje rizik:
Održavajte ujednačenu debljinu zida.
Koristite simetriju i uravnoteženu raspodjelu mase.
Optimizirajte potporne strukture kako biste ograničili kritična područja.
Usmjerite dijelove na ploču za izradu kako biste minimizirali izobličenje prevjesa.
Dodajte materijal za mašinsku obradu na karakteristike uske-tolerancije.
Tablica podataka: Dizajnerska karakteristika naspram rizika od izobličenja
|
Dizajnerska karakteristika |
Rizik izobličenja |
Strategija ublažavanja |
|
tanki zidovi (<2mm) |
Visoko |
Dodajte rebra ili privremene oslonce |
|
Dugi prevjesi |
Visoko |
Optimizirajte orijentaciju + oslonci |
|
Asimetrična geometrija |
Visoko |
Uravnotežite masu ili koristite fiksiranje |
|
Uniformne sekcije |
Nisko |
Standardno oslobađanje od stresa |
Dizajn metalne 3D štampe za termičku obradu (DfAM) je neophodan.
Učvršćivanje i kontrole procesa koje minimiziraju izobličenje
Prilagođene armature ograničavaju kretanje bez stvaranja novih naprezanja.
Kontrolisane brzine i sporo hlađenje su kritični.
Vakum ili atmosfera inertnog gasa smanjuju probleme{0}}vezane za oksidaciju.
HIP često proizvodi izotropnije skupljanje u odnosu na slobodno{0}}žarenje.
Proizvođač koji je obrađivao Inconel 718 nosače za vazduhoplovstvo koristio je prilagođene grafitne elemente tokom starenja, smanjujući dimenzionalni raspršivanje sa ±0,3 mm na ±0,08 mm na karakteristikama od 150 mm.
Predviđanje promjene dimenzija
FEA-simulacija izobličenja je korisna, ali zahtijeva validaciju sa stvarnim AM podacima. Empirijska pre{2}}kompenzacija (skaliranje ili pre{3}}izobličenje STL) i prva-inspekcija artikla su standardni. Vodeći dobavljači održavaju materijal- i obrađuju-specifične baze podataka.
Post-toplotna{1}} obrada
Obrada nakon termičke obrade je najpouzdaniji način za postizanje čvrstih tolerancija. Ostavite 0,2–1,0 mm zaliha u zavisnosti od karakteristike i materijala. Obično se koriste CNC dorada, EDM i brušenje.
Tablica s podacima: Preporučeni iznos zaliha za obradu
|
Feature Type |
Ti-6Al-4V |
316L |
Inconel |
|
Kritično parenje |
0,5–0,8 mm |
0,3–0,6 mm |
0,4–0,7 mm |
|
Opće površine |
0.3mm |
0.2mm |
0.3mm |
Verifikacija dimenzija nakon termičke obrade
Koristite CMM za kritične dimenzije, 3D skeniranje za potpuno mapiranje odstupanja i fokusirajte se na GD&T karakteristike kao što su ravnost, paralelizam i pravi položaj na koje najviše utiče izobličenje. Napravite bazu podataka za ponovljene dijelove.
Često postavljana pitanja
Da li termička obrada skuplja metalne 3D štampane dijelove?
Može uzrokovati skupljanje, širenje ili savijanje ovisno o leguri, procesu i geometriji. Najčešće blago skupljanje ili lokalizirano izobličenje.
Koliku promjenu dimenzija trebam očekivati nakon rasterećenja SLM Ti-6Al-4V?
Obično 0,1–0,4% linearno, sa savijanjem do 0,2–0,5 mm na većim dijelovima. Tačne vrijednosti zavise od geometrije i parametara.
Možete li obraditi metalne 3D štampane dijelove nakon termičke obrade?
Da - ovo je standardna praksa za postizanje konačnih uskih tolerancija.
Koji je najbolji način za kontrolu izobličenja tokom termičke obrade SLM dijelova?
Kombinujte dobar DfAM (ujednačene sekcije, oslonci), pravilno pričvršćivanje, kontrolisane stope rampe i zalihe nakon{0}}obrade.
Da li HIP uzrokuje veću promjenu dimenzija od žarenja za ublažavanje naprezanja?
HIP često uzrokuje ujednačenije skupljanje zbog pritiska, ali može biti predvidljivije od krivljenja slobodnog žarenja.
Kako mogu provjeriti tačnost dimenzija nakon termičke obrade metalnog 3D štampanog dijela?
Koristite CMM, 3D skeniranje i uporedite sa mjerenjima prije- i nakon-tretmana sa odgovarajućim GD&T.