Hvad er de almindelige vanskeligheder ved efter-behandling af metal 3D-print?

1. Overfladeruhedskontrol: går fra "blank" til "færdig produkt"
Fordi metal 3D-print bygger ting op i lag, har overfladen en trinformet tekstur med en ruhed (Ra-værdi), der normalt er mellem 6 og 12 μm. Dette er væsentligt grovere end traditionel bearbejdning, som har en ruhedsværdi på 0,8 til 1,6 μm. For eksempel skal ruheden af ​​den indvendige væg af kølekanalen til flymotorblade holdes under 3 μm, ellers vil det i høj grad sænke effektiviteten af ​​varmeoverførsel.
Problemer med teknologi:
Resterende støttestruktur: Den støttestruktur, der påføres under udskrivning for at forhindre ting i at ændre form, kan efterlade huller eller buler på overfladen, efter at den er taget af.
Pulveradhæsion: Når pulverpartikler ikke smelter helt, klæber de til overfladen, hvilket kaldes "sfæroidisering".
Mellemlagsbindingsspor: Der kan dannes små bump, hvor laserscanningsveje krydser hinanden.
Svar:
Kemisk polering: Brug af sure eller basiske opløsninger til selektivt at opløse overfladelaget kan gøre det glattere end 1 μm, men du skal være meget forsigtig med, hvor længe du lader det stå i opløsningen for at undgå for meget korrosion.
Sandblæsningsbehandling: En ensartet mat overflade skabes ved at ramme overfladen med høj-sandstrømning. Dette er godt til indviklede design af indre hulrum, men det kan også skabe nye overfladefejl.
Elektrolytisk polering: Denne metode bruger elektrokemiske principper til at udjævne overfladen på et mikroskopisk niveau. Det kan give en spejleffekt (Ra<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. Reparation af interne defekter: nøglen til at gøre tingene tættere og bedre.
Indersiden af ​​metal 3D-printede dele har normalt en porøsitet på 0,1% til 5%. Disse små skavanker kan forårsage revner, som i høj grad forkorter delenes udmattelseslevetid. For eksempel kan titanlegeringsimplantater med porøsitet større end 0,5 % muligvis ikke integreres med knogler.
Problemer med teknologi:
Porer: Hvis laserintensiteten er for lav, eller pulveret har for meget ilt, kan den smeltede pool gå i stykker.
Ikke nok fusion: svag binding mellem lag, hvilket fører til mikrolag.
Revne: En varm eller kold revne, der opstår, når resterende stress opbygges.
Svar:
Varm isostatisk presning (HIP): Materialet sættes under meget tryk (100–200 MPa) og varme (900–1200 grader). Dette får det til at ændre form, lukke indre porer og hæve dens tæthed til over 99,9%. For eksempel har HIP-behandling tredoblet træthedslevetiden for brændstofinjektorer i LEAP-motorer fremstillet af GE Aviation.
Lokal infiltration: Vakuumimprægneringsmetoden udfylder vigtige områder af metal-baserede kompositmaterialer, hvilket gør den god til fastgørelse af strukturer med tynde vægge.
Laseromsmeltning: At lave en anden scanning på områder med overflade- eller indvendige defekter kan hjælpe med at forbedre kornet, men det kan også tilføje nye termiske spændinger.
3. Håndtering af resterende stress: Systemteknik til styring af deformation
Når metal er 3D-printet, kan den termiske spænding fra hurtig opvarmning og afkøling nærme sig 50 % til 80 % af materialets flydespænding. Dette kan få dele til at forvrænge, ​​knække eller ændre form. Restspændinger kan medføre deformation på flere millimeter i store rammekonstruktioner, hvilket er betydeligt over det acceptable.
Problemer med teknologi:
Ujævn spændingsfordeling: Komplekse geometriske former forårsager store ændringer i temperaturgradienter.
Substratbegrænsningseffekt: Spændingen opbygges på det punkt, hvor komponenten møder underlaget, hvilket let kan forårsage delaminering af mellemlag.
Udfordring til udskrivning af flere-materialer: Det faktum, at forskellige materialer udvider sig med forskellige hastigheder, gør, at stress opbygges hurtigere.
Svar:
Før udskrivning opvarmes substratet til mellem 200 og 500 grader Celsius for at sænke temperaturforskellen. For eksempel har Precision-seriens maskiner fra Yunyao Shenwei en 500 graders substratforvarmningsfunktion, der reducerer risikoen for revner i trykte dele lavet af titanlegering.
Optimering af scanningsstrategien: Brug "ø-scanning" eller "skakbrætscanning" til at sprede varmetilførslen og forhindre, at den bliver for varm ét sted.
Afspændingsudglødning: Efter udskrivning udføres isoleringsbehandling ved 600–700 grader for at slippe af med mere end 80 % af den spænding, der stadig er der.
4. Garanti for dimensionsnøjagtighed: et skridt fremad fra "omtrentlig støbning" til "netstøbning"
Metal 3D-print er normalt nøjagtigt inden for ± 0,1 mm, men for stykker, der skal være meget præcise, såsom urgear, er der behov for yderligere bearbejdning. Men det er meget svært at arbejde med indviklede indvendige hulrumsstrukturer, sådanne gitterstrukturer og standard fræsning eller elektrisk udladningsbearbejdning (EDM) kan skade den indre struktur.
Problemer med teknologi:
Krympedeformation: Når metal afkøles, krymper det i volumen, hvilket får dimensionerne til at ændre sig.
Interferens fra bærende strukturer: Resterende støtte gør det sværere at finde bearbejdningsreferenceplanet.
Tynde-væggede strukturer er ikke stive nok, derfor kan behandling af vibrationer nemt knække værktøjer.
Svar:
Design af kompensation: Indstil krympningsmængden i CAD-modellen på forhånd (typisk mellem 0,2 % og 0,5 %), og kontroller rettelsen ved at udskrive den flere gange.
Fem-akse forbindelsesbearbejdning: DMG MORI's LASERTEC 65 3D-udstyr er et eksempel på en multi--akset CNC-værktøjsmaskine, der kan udføre både udskrivning og fræsning på samme tid.
Elektrokemisk bearbejdning (ECM) er en metode til at fjerne materialer uden at kræve mekanisk skærekraft. Den er god til præcisionsbearbejdning af tynde-væggede strukturer.
5. Kompatibilitet med flere materialer: problemet med funktionelt klassificerede materialer
Metal 3D-printning bevæger sig langsomt i retning af multi-materiale-komposit for at imødekomme behovene for letvægt, korrosionsbestandighed og ledningsevne. Men det faktum, at forskellige materialer har forskellige smeltepunkter og termiske udvidelseskoefficienter, betyder, at bindingsstyrken mellem dem ikke er stærk nok, hvilket hurtigt kan føre til delaminering eller revner.
Problemer med teknologi:
Kryds-kontaminering af pulver: Rester af pulver i rum til udskrivning med flere materialer forringer materialernes renhed.
Procesparameterkonflikt: forskellige materialer skal matches med varierende lasereffekt, scanningshastighed og andre indstillinger.
Grænsefladens ydeevne bliver dårligere: Der opstår hurtigt sprøde faser, hvor forskellige materialer mødes.
Svar:
Modulært pulverforsyningssystem: For eksempel har RESEARCH-seriens udstyr fra Yunyao Shenwei uafhængige pulverforsyningstanke, der lader dig skifte mellem forskellige lag materiale.
Forbehandling af grænsefladen: Brug laserrensning eller plasmasprøjtning for at få grænsefladen til at klæbe bedre.
Numerisk simuleringsoptimering: Brug ANSYS- eller COMSOL-software til at modellere, hvordan de termiske og mekaniske egenskaber af forskellige materialer interagerer under udskrivningsprocessen. Dette vil hjælpe dig med at etablere de rigtige parametre.
6. At finde den rigtige balance mellem omkostninger og effektivitet: Det største problem med stor-produktion
Metal 3D-print koster 30% til 70% af hele prisen på et produkt, og behandlingstiden er lang (typisk 2-5 gange printtiden), hvilket gør det svært at bruge i masseproduktion. For eksempel koster den traditionelle støbeprocedure for en bilmotors cylinderblok omkring 500 yuan pr. stk. Omkostningerne ved 3D-print og efter-behandling kan på den anden side være mere end 3000 yuan.
Problemer med teknologi:
Høje udstyrsomkostninger: Høje-bearbejdningscentre med fem-akser koster mere end 5 millioner yuan, mens HIP-udstyr kan koste op til 20 millioner yuan.
Proceskædelængde: Du skal udføre en række trin i rækkefølge, såsom opvarmning, skæring af tråd, fjernelse af støtte, polering og polering igen.
Lavt automatiseringsniveau: Der er stadig behov for manuelt arbejde til efter-behandling af komplekse dele, hvilket gør det mindre effektivt.
Svar:
Smart integration af produktionslinjer: Brug AGV-vogne til at forbinde 3D-printere, varmebehandlingsovne og bearbejdningscentre, så hele processen kører automatisk. For eksempel tilbyder Platinum Technologys BLT-S800-udstyr indbyggede-egenskaber til onlinedetektion og adaptiv behandling.
Additiv fremstilling: For at skære ned på antallet af stadier, der kommer efter udskrivning, synkroniseres delvis bearbejdning under udskrivningsprocessen. Mazaks INTEGREX i-400AM maskiner kan skifte mellem laserbeklædning og fræsning.
Digital procesplanlægning: Brug af Siemens NX- eller Magics-software til at finde den bedste bearbejdningsvej og skære ned på inaktiv tid.