Čo je to následné{0}}spracovanie pre kovovú 3D tlač? Prečo je potrebné dodatočné{2}}spracovanie?

一, Čo je to post{0}}spracovanie kovov pre 3D tlač a aké sú jeho hlavné ciele
Následné{0}}spracovanie kovovej 3D tlače je séria krokov vykonaných na vytlačených dieloch po dokončení výroby kovových prísad. Tieto kroky zahŕňajú opravu, optimalizáciu a spracovanie dielov, aby sa zbavili výrobných nedostatkov, zlepšili sa ukazovatele výkonu a splnili sa potreby určitých aplikácií. Jeho hlavné ciele možno zhrnúť takto:

Zlepšenie kvality: zbavte sa problémov, ako sú chyby medzivrstvového spojenia a drsné povrchy, ktoré spôsobujú, že diely sú menej spoľahlivé.
Optimalizácia výkonu: Tepelné spracovanie, povrchová úprava a iné úpravy môžu zlepšiť dôležité vlastnosti materiálov, ako je pevnosť, tvrdosť a odolnosť voči korózii.
Korekcia rozmerov: Vyrovnajte tepelnú deformáciu a zmršťovanie, ku ktorým dochádza počas tlače, aby ste sa uistili, že kusy spĺňajú požiadavky na toleranciu dizajnu.
Funkčná integrácia: dodáva kusom komplikovanejší celkový výkon posilnením ich štruktúry alebo kombináciou rôznych materiálov.
Napríklad v leteckom priemysle sa kovová 3D tlač používa na výrobu všeobecného rámu určitého typu palivovej nádrže raketového motora. Potom sa použije ošetrenie izostatickým lisovaním za horúca (HIP), aby sa zbavili akýchkoľvek vnútorných pórov. Potom sa na tvarovanie tesniacej plochy používa CNC frézovanie a na zvýšenie odolnosti voči korózii sa používa eloxovanie. Vďaka tejto sérii postupov po spracovaní sú diely o 30 % pevnejšie, o 40 % ľahšie a sú schopné utesniť vo veľmi drsných podmienkach.

2, Hlavný technologický systém pre následné-spracovanie
V post-spracovaní kovovej 3D tlače existujú štyri technologické moduly: odstraňovanie materiálu, tepelné spracovanie, povrchová úprava a spevnenie konštrukcie. Každý modul je súčasťou väčšieho riešenia, ktoré funguje v rôznych situáciách.

1. Odstraňovanie materiálu: vyrezávanie s presnosťou od „hrubého“ po „jemné“
Kovové 3D tlačené predmety sa často nedajú použiť hneď, pretože majú zvyškové nosné štruktúry a drsné povrchy (hodnoty Ra môžu byť až 10–20 μm). Technika odstraňovania materiálu využíva mechanické spracovanie, rezanie laserom alebo chemickú koróziu na nasledovné:

Na odstránenie nosnej konštrukcie použite kryogénne-odlupovanie alebo mechanické rezacie nástroje, aby ste sa uistili, že podpera je úplne odstránená bez poškodenia vytlačeného objektu. Napríklad potlačená časť náboja kolesa automobilu je zmrazená pri nízkej teplote, čo spôsobuje, že nosná konštrukcia je krehká a ľahšie sa odlupuje. To zvyšuje účinnosť o 50%.
Dokončenie povrchu: CNC frézovanie, brúsenie alebo leštenie môže spôsobiť, že drsnosť povrchu bude menšia ako Ra0,8 μm. Na zrkadlové leštenie povrchu prietokového kanála po vytlačení lopatiek určitého leteckého motora sa použilo päť-osové obrábacie centrum. Tým sa znížil odpor prúdenia vzduchu o 15 %.
Korekcia veľkosti: Použite súradnicové meracie zariadenie na získanie údajov spätnej väzby a opravu akýchkoľvek zmien veľkosti, ku ktorým dôjde počas tlače, pomocou mechanického spracovania. Technológia mikro frézovania udržuje rozmerovú presnosť vytlačeného implantátu zdravotníckeho zariadenia v rozmedzí ± 0,01 mm, čo je potrebné na chirurgické vloženie.
2. Tepelné spracovanie: zmena-v oblasti kontroly výkonnosti mikroštruktúry
Tepelné spracovanie zbavuje zvyškových napätí, ktoré vznikajú počas tlače (až 50 % až 70 % medze klzu materiálu) a zlepšuje štruktúru zŕn materiálu reguláciou krivky ohrevu a chladenia. Niektoré bežné metódy sú:

Spracovanie žíhaním: Zahrejte časť pod teplotu, pri ktorej môže rekryštalizovať a udržujte ju v teple, aby ste sa zbavili vnútorného napätia a stala sa pružnejšou. Ošetrenie vákuovým žíhaním znížilo zvyškové napätie o 80 % a strojnásobilo únavovú životnosť ortopedického implantátu z titánovej zliatiny po jeho vytlačení.
Spracovanie tuhým roztokom a starnutím: V prípade materiálov, ako sú vysokoteplotné zliatiny na báze niklu-za{1}}rozpúšťanie tuhým roztokom fázu spevňovania a následné starnutie spôsobí tvorbu jemných zrazenín, čo výrazne zvyšuje pevnosť pri vysokých{2}}teplotách. Po vytlačení kotúča turbíny pre daný letecký motor, tuhý roztok a ošetrenie starnutím zlepšili jeho odolnosť proti tečeniu pri 650 stupňoch o 40 %.
Izostatické lisovanie za tepla (HIP) využíva vysokú teplotu (zvyčajne 0,7–0,9-násobok bodu topenia materiálu) a vysoký tlak (100–200 MPa), aby sa zbavili vnútorných pórov a materiál bol hustejší. Po vytlačení špecifikovanej časti satelitnej štruktúry zvýšilo spracovanie HIP hustotu z 99,2 % na 99,95 % a medzu únavy o 25 %.
3. Povrchová úprava: Od "funkcionalizácie" po "inteligenizáciu" v povrchovom inžinierstve
Úpravou morfológie povrchu alebo chemického zloženia predmetov im technológia povrchovej úpravy dáva špecifické vlastnosti vrátane odolnosti voči korózii, opotrebovaniu a biokompatibility. Niektoré bežné technológie sú:

Pieskovanie a leštenie: Pieskovanie využíva rýchlo{0}}pohybujúce sa častice piesku, ktoré dopadajú na povrch, vďaka čomu je rovnomerne drsný (Ra3,2 – 6,3 μm) a pomáha náteru lepšie priľnúť. Leštenie potom robí povrch ešte hladším, pod Ra0,4 μm, aby splnil optické alebo tesniace potreby.
Galvanické pokovovanie a chemické pokovovanie sú dva spôsoby, ako pridať vrstvy kovu alebo zliatiny na povrch predmetov, aby boli odolnejšie voči hrdzi alebo lepšie viedli elektrinu. Ošetrenie pokovovaním niklom znížilo rýchlosť korózie o 90 % v 3,5 % roztoku NaCl po vytlačení konkrétneho dielu pre námornú techniku.
Laserový povlak: Vysokoenergetický laserový lúč roztaví zliatinový prášok a vytvorí na povrchu predmetu povlak s hrúbkou 0,1 až 5 mm. Vďaka tomu je oveľa odolnejšia voči opotrebovaniu. Laserové opláštenie povlakom zo zliatiny Stellite 6 päťnásobne zvýšilo odolnosť ozubených kolies daného ťažobného zariadenia proti opotrebovaniu po ich vytlačení.
Mikrooblúková oxidácia: Na povrch zliatin hliníka a horčíka je nanesený keramický oxidový film, aby boli odolnejšie voči opotrebovaniu a korózii. Mikrooblúkové oxidačné ošetrenie zvýšilo čas odolnosti proti korózii na viac ako 1 000 hodín v teste soľným postrekom po vytlačení držiaka pre novú batériu energetického vozidla.
4. Konštrukčné spevnenie: zmena výkonu z „jednoduchého materiálu“ na „kompozitnú štruktúru“
Pridaním vystužovacích fáz alebo zlepšením trás prenosu zaťaženia technológia konštrukčného vystuženia umožňuje, aby diely celkovo lepšie mechanicky fungovali. Niektoré bežné spôsoby sú:

Vystuženie vláknami: Vloženie uhlíkových alebo keramických vlákien do kovovej matrice na vytvorenie štruktúry kompozitného materiálu. Po vytlačení bola určitá časť konštrukcie lietadla zosilnená pridaním nakrátko narezaných uhlíkových vlákien, čím bola o 30 % pevnejšia, pokiaľ ide o špecifickú pevnosť.
Navrhovanie materiálov s prechodmi: Kvalitu materiálu môžete meniť zmenou práškovej zmesi alebo parametrov tlače. Vytlačené časti ventilu jadrovej energie majú gradientnú štruktúru vyrobenú z legovanej nehrdzavejúcej ocele na báze niklu-. Vďaka tomu sú o 40 % odolnejšie voči únave v prostredí tepelnej-mechanickej väzby.
Návrh mriežkových štruktúr: Použitie optimalizácie topológie na vytvorenie ľahkých mriežkových štruktúr, ktoré sú o viac ako 50 % ľahšie, ale napriek tomu pevné. Po vytlačení konkrétneho satelitného držiaka získa štvorstennú mriežkovú štruktúru, vďaka čomu je dvakrát tuhší a o 60 % ľahší.
3, Potreba následného{1}}spracovania: skok od „technickej realizovateľnosti“ k „technickej spoľahlivosti“
Potreba následného{0}}spracovania pri 3D tlači kovov vyplýva z konfliktu medzi základnými atribútmi technológie aditívnej výroby a prísnymi požiadavkami inžinierskych aplikácií. Jeho nevyhnutnosť sa konkrétne prejavuje v nasledujúcich aspektoch:

1. Zbavte sa výrobných nedostatkov a uistite sa, že produkt funguje tak, ako má.
Tepelné namáhanie spôsobené rýchlym zahrievaním a ochladzovaním, póry, ktoré sa tvoria, keď sa prášok úplne nespojí, a slabé spojenie medzi vrstvami môžu spôsobiť, že kusy budú menej odolné a pravdepodobnejšie sa zlomia počas procesu 3D tlače na kov. Napríklad medza únavy dielov z vysokoteplotnej zliatiny na báze niklu bez úpravy HIP môže byť nižšia ako 50 % v porovnaní s kovanými dielmi; avšak po žíhaní na odstránenie zvyškového napätia môže únavová životnosť kovaného dielu presiahnuť 80 %.

2. Spĺňajte výkonnostné ciele a rozširujte rozsah aplikácií
Požiadavky na výkon dielu sa značne líšia v závislosti od aplikácie. V leteckom priemysle musia diely dobre fungovať v prostrediach s vysokými teplotami, vysokými tlakmi a vysokými vibráciami. V oblasti zdravotníckych pomôcok musia byť diely biokompatibilné a odolné voči korózii z telesných tekutín. Automobilový priemysel sa viac zaoberá tým, aby boli diely ľahšie a lacnejšie. Technológia post{4}}spracovania umožňuje kovovým 3D-tlačeným predmetom uspokojiť tieto špecifické potreby tým, že ich optimalizuje na tieto účely. Napríklad spaľovacia komora určitého typu leteckého motora môže byť po vytlačení stále štrukturálne zdravá pri vysokej teplote 1200 stupňov vďaka tepelnému spracovaniu a povrchovej úprave. Po vytlačení vlastného ortopedického implantátu z titánovej zliatiny sa drsnosť povrchu znížila na Ra0,2 μm leštením pri umývaní kyselinou, čo výrazne zlepšilo priľnavosť kostných buniek.

3. Zefektívniť ekonomiku a podporiť veľké využitie
Kovová 3D tlač je lacnejšia na vytváranie zložitých štruktúr, ale náklady na suroviny (napríklad prášok z titánovej zliatiny, ktorý stojí niekoľko stoviek jüanov za kilogram), amortizáciu zariadenia a spotrebovanú energiu sú stále dosť vysoké. Technológia následného spracovania znižuje celkové náklady počas životného cyklu tým, že lepšie využíva materiály (napríklad získava viac ako 80 % prášku), znižuje mieru šrotu (napríklad znižuje mieru defektov prostredníctvom online detekcie a{4}}opravy v reálnom čase) a predlžuje životnosť dielov (napríklad vďaka povrchovej úprave sú diely odolnejšie voči korózii). Napríklad určitá výrobná linka na tlač nábojov kolies automobilov skrátila čas potrebný na výrobu jedného kusu z 8 hodín na 2 hodiny pridaním automatizovaného systému následného spracovania-. To viedlo k celkovej úspore nákladov vo výške 35 %.