Hvilke faktorer vil bestemme efter-behandlingsløsningen til 3D-udskrivning af metal?

1. Materialeegenskaber: Grundlæggende grænser for efter-behandling
Sammensætningen, mikrostrukturen og termofysiske egenskaber af metal 3D-printmaterialer dikterer direkte den tekniske bane og procesparametre for efter-behandling.
Egenskaberne ved materialets sammensætning og faseovergange
variable metaller har meget variable faseovergangstemperaturer, termiske udvidelseskoefficienter og oxidationsfølsomheder. For eksempel har titanlegering (Ti6Al4V) en tendens til at reagere med ilt for at danne et skørt oxidlag ved temperaturer over 600 grader, så varmebehandling skal udføres i et vakuum eller inert gasmiljø. Nikkel-baserede høj-temperaturlegeringer (som Inconel 718) har mange legeringselementer og har behov for gradueret kontrol af udfældningen af ​​fasen gennem opløsningsbehandling (980-1020 graders isolering i 1 time) og ældningsbehandling (720 graders isolering i 8 timer) for at finde en god balance mellem styrke
Pulverets massefylde og egenskaber
Den oprindelige tæthed af trykte emner påvirkes af størrelsen af ​​partiklerne, hvor godt de flyder, og hvor rent pulveret er. For eksempel kan dele af aluminiumslegering, der er trykt med sfærisk pulver, der har en partikelstørrelse på 15-45 μm, have en initial porøsitet på 3 % til 5 %. For at gøre dem tættere end 99,9 % skal de varme isostatisk presses (HIP) ved 1200 grader og 100 MPa. Dele trykt med pulver i nanoskala skal muligvis kun udglødes for at slippe af med indre stress, fordi de sintrer meget hurtigt.
Kontrol, der ikke er ens i alle retninger
Den måde, hvorpå metal 3D-print stabler lag oven på hinanden, giver det anisotropiske mekaniske egenskaber. For eksempel er trækstyrken af ​​316L rustfrit stål 10 % til 15 % lavere langs udskrivningsretningen (Z--aksen), end den er langs den lodrette retning (XY-aksen). Varmebehandling, som at holde ved 750 grader i 2 timer og derefter bratkøle med vand, kan hjælpe korn med at omkrystallisere, sænke anisotropi til inden for 5 % og gøre strukturelle dele ensartede.
2. En del af de funktionelle krav: efter-behandling med et mål for øje
Efter-behandlingsplanen bør være meget fokuseret på, hvordan brikkerne vil blive brugt i sidste ende og forbedre ydeevnemålinger baseret på det.
Forbedring af mekanisk ydeevne
Behov for høj styrke: Luftfartsmotorens turbineskive skal tåle ekstreme temperaturer på 1000 grader og spændinger på 1000 MPa. Trækstyrken skal hæves til at overstige 1200 MPa ved HIP+varmebehandlingskompositmetoden (efter 1220 grader /150 MPa HIP, 1080 grader fast opløsning+720 graders ældning).
Høje sejhedsstandarder: Ortopædiske implantater, inklusive hofteproteser, skal være stærke og i stand til at modstå slitage. Udglødning (holdes ved 700 grader i 4 timer og derefter langsomt afkøling) kan øge forlængelseshastigheden fra 15 % til 25 % og sænke risikoen for skørt brud.
Bedre modstandsdygtighed over for korrosion
316L rustfri ståldele, der bruges i maritim teknik, skal kunne modstå salttågekorrosion i lang tid. Saltspraymodstandstiden kan øges fra 240 timer til 2000 timer ved at bruge både elektrokemisk polering (som fjerner overfladeoxidlaget) og anodisering (som danner en 10 μm tyk oxidbelægning). Dette opfylder kravene i ISO 9227-standarden.
Forbedring af kvaliteten af ​​overfladen
Forbrugerelektroniksektoren har stramme regler for, hvordan dele skal se ud. For at gøre overfladen mindre ru, skal de poleres i flere trin (grovslibning → finslibning → spejlpolering), indtil den er Ra0,2 μm eller lavere. Sandblæsningsbehandling (200 mesh alumina sandpartikler) påføres samtidig for at skabe en ensartet mat finish, der opfylder designstandarder.
3. Restriktioner på fremstillingsprocessen: grænsen for, hvad der kan gøres efter forarbejdning
Specifikationerne for udskrivningsprocessen og udstyrets muligheder begrænser umiddelbart mulighederne for efter-behandlingsteknologier.
Kontrol af resterende stress
Laserpulverbedsmeltningsteknikken (LPBF) efterlader restspændinger, der kan være så høje som 70 % af materialets flydespænding, fordi det afkøles så hurtigt. Afspændingsudglødning (isolering ved 500–600 grader i 2 timer) skal udføres lige efter udskrivning er udført. Hvis det ikke er det, kan delene blive skæve eller revne, når de skæres eller bearbejdes. Elektronstrålesmeltningsteknologien (EBM) har mindre restspænding, da den opvarmer substratet til over 600 grader, før det smelter. Dette gør efter-behandlingsprocessen nemmere.
Fjernelse af støttestrukturen
Støttedesignet til komplicerede strukturelle dele, som forbrændingskamrene i luftfartsmotorer, skal finde et kompromis mellem stabilitet under udskrivning og brugervenlighed efter udskrivning. Brug af vand-opløselige støttematerialer kan gøre det nemmere at fjerne dem. På den anden side skal metalstøtter behandles med trådskæring (med en præcision på ± 0,05 mm) eller kemisk ætsning (til mikrostrukturer) for at undgå beskadigelse af overfladen forårsaget af mekanisk skæring.
Garanti for dimensionel nøjagtighed
Tykkelsen af ​​tryklaget (typisk 20-100 μm) og scanningsmetoden (sådan skanning af bræt) påvirker begge, hvor nøjagtige delene er. For dele, der har brug for en tolerance på ± 0,02 mm på den sammenpassende overflade, er fem--akse koblingsbearbejdning (såsom fræsning og slibning) nødvendig efter varmebehandling. Simple konstruktionsdele kan dog få en Ra3,2 μm overfladepræcision med sandblæsning og slibning.
4. Cost-benefit balance: økonomiske faktorer at tænke på efter forarbejdning
Efter-behandlingsløsningen skal finde den bedste balance mellem at sænke omkostningerne og forbedre ydeevnen.
Optimering af enhedsomkostninger
Når man laver mange medicinske implantater, kan HIP-behandling få dem til at holde længere, men prisen pr. enhed stiger med 30 % til 50 %. Ved at ændre udskrivningsindstillinger (såsom at øge lasereffekttætheden) for at sænke den oprindelige porøsitet, kan HIP-behandlingsbehovet halveres, hvilket sparer mange penge.
Afkast af investeringer i udstyr
Luftfartsvirksomheder skal bruge millioner af dollars på HIP-udstyr til at behandle legeringsdele med-høj temperatur. For at undgå at have ledige anlægsaktiver kan de arbejde med ekspert efter-behandlingstjenesteudbydere og opkræve 500-2000 pr. styk (behandlingsomkostninger pr. styk).
Forbedring af effektiviteten af ​​cyklussen
Det tager 7 til 10 dage at fremstille bilstøbeforme ved hjælp af teknikken "udskrivning + udglødning + præcisionsbearbejdning". Men ved at optimere varmebehandlingsproceduren (for eksempel hurtigt at hæve temperaturen til 750 grader og holde den der i en time), kan cyklussen skæres ned til 5 dage, hvilket gør leveringen hurtigere.