Hvilke problemer vil 3D-printede metaldele have, hvis efter-behandling ikke udføres?

1. Overfladefejl: en kædereaktion fra "ruhed" til "funktionsfejl."
Metal 3D-printede objekter har normalt dårlig overfladekvalitet i starten, med store problemer, herunder lagdeling, grater og porøsitet. For eksempel stabler SLM-processen (Selective Laser Melting) lag oven på hinanden for at lave dele. Dette skaber en stor "trineffekt" på emnets overflade, hvilket gør den mere ru end standardbearbejdning, som har en ruhed (Ra-værdi) på 10-20 mikron, hvilket er meget højere end de 0,8-3,2 mikron ved traditionel bearbejdning. Denne ru overflade ændrer ikke kun, hvordan tingene ser ud, men den forårsager også en række funktionelle problemer:

Spændingskoncentration og brudinitiering: Overfladefejl kan skabe steder med spændingskoncentration, hvilket fremskynder spredningen af ​​revner, når materialet belastes eller opvarmes. Før sandblæsning er udmattelseslevetiden for en given flymotorturbinevinge f.eks. kun 30 % af, hvad den burde være. Efter sandblæsning går udmattelsestiden op til over 90%.
Mindre modstandsdygtighed over for korrosion: Den ru overflade gør det lettere for korrosive materialer at trænge igennem. For eksempel viste upolerede 316L rustfri ståldele tegn på korrosion inden for 24 timer efter saltspraytest. Efter elektrolytisk polering var delene dog i stand til at modstå korrosion i mere end 500 timer.
Højere friktionskoefficient: Når to overflader er i kontakt og glider mod hinanden, har overfladeruhed en direkte effekt på, hvor godt friktion fungerer. Når gearkassens akseldele i en bestemt bil ikke var bearbejdet med ultra præcision, steg friktionskoefficienten til 0,15, hvilket betød, at energiforbruget steg med 12%. Efter ultrapræcisionsbearbejdning faldt friktionskoefficienten til 0,03, og energiforbruget faldt til designværdien.
2, 2, Interne defekter: Fra "Hidden Killer" til "Catastrophic Failure", en skjult krise
Under metal-3D-printprocessen kan termisk stress og manglen på fusion mellem pulveret og metallet forårsage problemer som intern porøsitet og revner. Hvis disse fejl ikke bliver rettet under efterbehandlingen-, vil de gøre delene meget upålidelige.

For meget porøsitet: En undersøgelse viste, at Ti-6Al-4V-dele, der ikke er blevet varm isostatisk presset (HIP), kan have en porøsitet på 0,5 % til 1 %. Efter HIP-behandling kan porøsiteten skæres ned til mindre end 0,01%. Høj porøsitet kan gøre en del mindre tæt, hvilket gør den mere tilbøjelig til at gå i stykker, når den er under dynamisk belastning.
Restbelastning er ude af kontrol: Under udskrivning kan delen opbygge restspænding, hvis den opvarmes og afkøles hurtigt. I en situation med fremstilling af forme blev dele, der ikke var stresset-aflastet før brug, skævt og ændrede form, hvilket betød, at formen skulle smides væk. Efter udglødning blev delenes dimensionsstabilitet forbedret med 90%.
Organisation, der ikke er ens: Pulverbedssmeltningsprocessen kan forårsage, at størrelsen af ​​kornene varierer meget i forskellige dele af delen. Den lokale kornstørrelse nåede 100 mikron, når en bestemt del af et flys struktur ikke blev behandlet med en opløsning. Men efter opløsningsbehandling blev kornstørrelsen jævn, mellem 20 og 30 mikron, og træthedsmodstanden steg tre gange.
3. Ydeevneforringelse: forskellen i ydeevne mellem "design compliance" og "faktisk fejl"
Selvom delenes geometriske dimensioner opfylder designkriterierne, kan deres mekaniske ydeevne ikke desto mindre være et godt stykke under, hvad der var forventet, hvis efter-behandling ikke udføres:

En undersøgelse undersøgte ubehandlede og varme-dele i 316L rustfrit stål. Den fandt, at ubehandlede deles trækstyrke var ved designværdien, men forlængelsen var kun 60% af designværdien. Efter varmebehandling gik forlængelsen tilbage til designværdien.
Hårdheden er ikke jævnt fordelt: Dele fremstillet med DED-teknikken (direkte energiaflejring) har almindeligvis hårdhedsgradienter. Overfladehårdheden af ​​en bestemt formindsats var kun 35HRC før nitreringsbehandling, men den gik op til 58HRC efter behandlingen, og slidstyrken steg med 5 gange.
Ikke nok termisk stabilitet: En legeringsdel med høj-temperatur, som ikke var ældet, mistede 20 % af sin hårdhed efter at have arbejdet ved 650 grader i 100 timer. Men efter ældningsbehandlingen steg hårdhedsretentionsprocenten til over 95%.
4. Økonomiske omkostninger: omkostninger, der er ude af kontrol, fra "delvis omarbejde" til "fuldstændig nedlukning."
Ikke at lave efter-bearbejdning får ikke kun dele til at fungere dårligere, men det har også en kædereaktion på økonomien:

Omkostningerne til efterarbejdning er steget meget. En producent af bildele smed en hel batch af dele væk, fordi de ikke foretog nogen efterbehandling-, og omkostningerne til efterbearbejdning udgjorde 35 % af den samlede ordreværdi. Men hvis ikke-destruktiv testning og reparation udføres lige efter udskrivning, kan omkostningerne holdes inden for 5 %.
Længere produktionscyklus: Fordi en bestemt luftfartskonstruktionsdel ikke fik den stressreduktionsbehandling, den havde brug for, blev den bøjet under monteringen. Dette fik hele produktionslinjen til at lukke ned i to uger, hvilket kostede virksomheden 2 millioner dollars.
Mærkets omdømme er blevet såret: En medicinsk implantatproducents undladelse af at polere overfladen af ​​deres produkter førte til en stigning på 15 % i antallet af tilbagekaldelser, et 25 % tab af kunder og et umådeligt tab af mærkeværdi.