Vil efterbehandling-påvirke dimensionsnøjagtigheden af ​​metal 3D-printede dele?

一, Sammenhængen mellem metoder til efter-behandling og hvor nøjagtige dimensionerne er
Der er tre hovedtyper af efter-behandling til metal 3D-print: mekanisk behandling, varmebehandling og overfladebehandling. Den måde, som forskellige teknikker påvirker dimensionsnøjagtigheden på, er meget forskellig.

1. Mekanisk behandling: et dobbelt-sværd til at gøre tingene mere nøjagtige
Den mest ligetil måde at rette dimensionelle uoverensstemmelser på er ved mekanisk bearbejdning, såsom CNC-fræsning, slibning og elektrisk udladningsbearbejdning. For eksempel, efter udskrivning af en specifik flymotor-turbineskive, reducerede fem--akse forbindelsesfræsning rundhedsfejlen fra 0,1 mm til 0,02 mm og forbedrede overfladeruheden Ra fra 6,3 μm til 1,6 μm. Men for at forbedre bearbejdningsnøjagtigheden skal du være i stand til at kontrollere udstyrets ydeevne og procesparametrene meget omhyggeligt. Hvis f.eks. skæredybden er for dyb, eller tilspændingen er for høj, kan delene blive termisk deformeret. Hvis værktøjets slid ikke udskiftes rettidigt, kan det forårsage bearbejdningsfejl. For eksempel ændrede et firma ikke slibeskiven i tide, hvilket fik krusninger til at dukke op på overfladen af ​​et parti titanlegeringsdele. Skrotprocenten endte med at blive 15%.

2. Varmebehandling: Kampen mellem stressfrigivelse og størrelsesændringer
Varmebehandling, som omfatter udglødning, bratkøling og opløsningsbehandling, ændrer materialets mikrostruktur for at slippe af med resterende stress. Det kan dog også påvirke størrelsen af ​​materialet. For eksempel, efter fast opløsning og ældningsbehandling, steg den gennemsnitlige brudlevetid for IN718 høj-temperaturlegering ved 650 grader op til 173 timer. Den vertikale dimensionelle krympningshastighed var imidlertid 0,3 %, og den horisontale dimensionelle krympningshastighed var 0,15 %. Denne ujævne krympning skal reguleres af enten designkompensation (såsom efterlader en bearbejdningsmargin på 0,5 mm) eller procesoptimering (som gradueret bratkøling). En virksomhed, der fremstiller medicinske implantater, forbedrede varmebehandlingsprocessens parametre, så størrelsen af ​​3D-printede porøse titanlegeringsproteser kun varierer med ± 0,05 mm, hvilket er inden for de kliniske implantatnøjagtighedsstandarder.

3. Overfladebehandling: finde en balance mellem at ændre størrelsen på mikroen og makroen.
Målet med overfladebehandling (såsom sandblæsning, polering eller kemisk polering) er at gøre overfladen bedre, men den kan også ændre størrelsen med nogle få mikrometer. For eksempel bruger en virksomhed, der fremstiller bildele, kemisk polering til at 3D-printe vandkølede ærmer i aluminiumlegeringer.- Dette gør overfladen mindre ru, idet den går fra 12 μm til 0,8 μm, men det gør også den indre hulrumsdiameter mindre med 0,02 mm, da materialet opløses. Virksomheden bruger en kombinationsproces af "mekanisk polering + kemisk polering" for at balancere overfladekvalitet og dimensionsnøjagtighed. Først fjerner mekanisk polering store defekter, og derefter modificerer kemisk polering overfladen på nanoskalaniveau. Dette holder den dimensionelle tolerance inden for ± 0,01 mm.

2, Kontrol af procesparametre: den vigtigste del af at sikre præcision
For at sikre dig, at dimensionerne er korrekte, skal du være i stand til præcist at kontrollere parametrene for efter-behandlingsproceduren. Elektrokemisk bearbejdning (ECM) kan nå sub-mikron nøjagtighed ved at opløse materialer lag for lag gennem elektrokemiske processer. Parametre som elektrodegab, elektrolytkoncentration og pulsfrekvens skal dog matches nøje:

Elektrodegab: Et mellemrum, der er for lille, kan nemt forårsage en kortslutning, og et mellemrum, der er for stort, kan gøre bearbejdningen mindre effektiv. Ved at holde øje med elektrodegabet i realtid (reguleret til 10-50 μm), har en bestemt virksomhed øget bearbejdningspræcisionen af ​​3D-printede nikkel-baserede legeringsturbineblade til ± 0,005 mm.
Elektrolytkoncentration: Hvis koncentrationen er for høj, kan det fremskynde opløsningen af ​​materialer, hvilket kan forårsage størrelsesændringer. Hvis koncentrationen er for lav, kan det skabe ujævn behandling. Et forskerhold forbedrede elektrolytformlen (holde NaCl-koncentrationen mellem 15% og 20%), så overfladeruheden af ​​3D-printede titanlegeringskomponenter gik fra 3,2 μm til 0,4 μm, mens størrelsesændringerne holdtes inden for ± 0,01 mm.
Pulsfrekvens: Højfrekvente-impulser kan mindske virkningerne af varmebehandling, men de kan også generere vibrationer. Lav-impulser gør på den anden side behandlingen mindre effektiv. En bestemt virksomhed anvender en pulsfrekvens på 10 kHz til at behandle 3D-printede emner i rustfrit stål. Dette sikrer, at fremstillingen er effektiv, og at dimensionerne er nøjagtige inden for ± 0,008 mm.
3, Design en kompensationsstrategi: et "fremadrettet-arrangement for præcis kontrol
I designfasen skal der afsættes en vis sum penge for at opveje effekten af ​​efter-behandling på størrelse. For eksempel er designprocessen for en given del af et fly som følger:

Indledende design: Brug CAD-modellen til at finde ud af delens geometriske form og identificere de vigtige dimensionelle tolerancer (f.eks. ± 0,05 mm).
Simulering af processen: Brug finite element-analyse (FEA) til at modellere spændingsfordelingen og dimensionssvindet, der sker under varmebehandling. Du skal forvente en lodret svind på 0,3 % og en horisontal svind på 0,15 %.
Konstruktionskompensation: Hæv bearbejdningsgodtgørelsen med 0,5 mm for vigtige dimensioner og konturtolerancen med 0,05 mm for vinklede steder (fra 0,02 mm til 0,05 mm).
Verifikation efter bearbejdning: Efter mekanisk bearbejdning holdes forskellen mellem den faktiske størrelse af delen og designstørrelsen inden for ± 0,01 mm, og beståelsesraten går op til 98%.
Også når det kommer til den indvendige hulrumskonstruktion, skal du tænke på materialefjernelseshastigheden og størrelsen af ​​kompensationen. Den indvendige diameter af en 3D-printet vand-afkølet jakke er f.eks. beregnet til at være 20 mm, med en behandlingsmængde på 0,1 mm. Efter at være blevet sandblæst (med en materialefjernelseshastighed på 0,02 mm/tid) og mekanisk poleret (med en materialefjernelseshastighed på 0,05 mm/tid), stabiliserer den endelige indvendige diameter sig på 20,03 mm, hvilket er hvad væskedynamik har brug for.

4, Branchepraksis: Et modeltilfælde af præcisionskontrol
En virksomhed i rumfartsindustrien laver raketmotordyser ved hjælp af "SLM printing+hot isostatic pressing (HIP)+CNC machining"-teknikken. HIP-behandling fjerner de indre porer (reducerer porøsiteten fra 5 % til 0,1 %), og derefter kontrollerer CNC-bearbejdning dysehalsens diameterpræcision til inden for ± 0,005 mm for at passe til forseglingsbehovet i høje-tryk og høje-temperaturindstillinger.
På det medicinske område skabte et ortopædisk firma en 3D-printet hofteledsprotese af titanlegering. Overfladeruheden blev reduceret til 0,2 μm, og indvendig spænding blev fjernet ved hjælp af metoden "glødningsbehandling + kemisk polering." Størrelsesvariationen blev holdt inden for ± 0,02 mm, hvilket i høj grad reducerede faren for bakteriel adhæsion og problemer efter operationen.
I bilindustrien fremstiller en virksomhed nye batterikøleplader til energikøretøjer ved hjælp af teknologien "3D-udskrivningsvandkøling + elektrokemisk bearbejdning". Elektrokemisk bearbejdning sænker overfladeruheden af ​​det indre hulrum fra 6,3 μm til 0,4 μm, mens den dimensionelle tolerance holdes på ± 0,01 mm. Dette gør køling 15 % mere effektiv.