Ali bo toplotna obdelava vplivala na dimenzijsko natančnost delov?

一 Glavni način, da toplotna obdelava spremeni velikost stvari
1. Opustitev preostale napetosti in toplotne obremenitve
Metoda kovinskega 3D-tiskanja hitro segreje in ohladi material, kar povzroči popačenje notranje mreže in zaostalo napetost. Za lajšanje napetosti s sproščanjem rešetke je toplotna obdelava segrevanje na temperaturo, ki je nižja od temperature rekristalizacije (na primer držanje titanove zlitine pri 800 stopinjah 2 uri). Toda neenakomernost sproščanja napetosti lahko povzroči lokalno deformacijo. Na primer, če zasnova podporne strukture za lopatice turbin letalskih motorjev ni dobra, lahko odstranitev podpore po toplotni obdelavi povzroči lokalno koncentracijo napetosti in upogibanje robov lopatic z deformacijo 0,1–0,3 mm.
2. Sprememba volumna zaradi fazne spremembe
Med toplotno obdelavo lahko materiali spremenijo faze (kot je martenzitna transformacija), kar lahko povzroči povečanje ali krčenje njihove prostornine. Na primer, visokotemperaturne-zlitine na osnovi niklja se lahko spremenijo iz avstenita v martenzit, če je hitrost ohlajanja po obdelavi z raztopino prehitra (1080 stopinj za 1 uro). To lahko povzroči, da se deli, natisnjeni z laserskim taljenjem prahu (LPBF), povečajo v prostornini in spremenijo velikost. Eksperimentalni podatki kažejo, da lahko kritična dimenzijska napaka komponent brez regulirane hitrosti hlajenja doseže ± 0,05 mm po-toplotni obdelavi, kar presega dovoljene meje, ki jih določajo letalski standardi.
3. Rast zrn in homogenost tkiv
Nadzor hitrosti segrevanja in časa zadrževanja med toplotno obdelavo lahko izboljša enotnost tkiva in velikost zrn. Toda če zrna rastejo neenakomerno, lahko to povzroči različno količino krčenja na različnih mestih. Na primer, segrevanje neprekinjenega kompozita, ojačanega z ogljikovimi vlakni (CCFRC) na 100 stopinj, poveča kristaliničnost njegove matrike s 17,42 % na 22,76 %. Če pa vlakna niso enakomerno razporejena, lahko pride do razlike v velikosti od 0,02 do 0,05 mm, zaradi česar bi bilo težje pravilno sestaviti stvari.
2, Pogost primer: toplotna obdelava ima dva učinka na dimenzijsko natančnost
1. Letalstvo: iskanje pravega ravnovesja med visoko natančnostjo in visoko zmogljivostjo
Boeing izdeluje nosilce za letala s tehnologijo LPBF, vendar jih je treba toplotno -obdelati, da se njihova natezna trdnost poveča na 520 MPa. Toda po toplotni obdelavi postane težko ohraniti dimenzije kosov stabilne. Za natančen nadzor naredite naslednje:
Kompenzacija pred-deformacije: uporabite povratno pred{1}}deformacijo na izvirnem modelu, da se kompenzirani model po toplotni obdelavi približa optimalni velikosti. To bo povečalo natančnost tiskanja za 66,2 %.
Segmentirano ogrevanje in hlajenje: uporaba pristopa postopnega segrevanja (zadrževanje pri 50 stopinjah 30 minut) in zakasnjenega hlajenja (ohlajanje z zrakom po ohlajanju peči na 200 stopinj) za zmanjšanje toplotne obremenitve, ki jo povzročajo temperaturni gradienti, z regulirano deformacijo v območju ± 0,03 mm.
2. Medicinski vsadki: kombinacija biokompatibilnosti in dimenzijske pravilnosti
Pri 3D-tisku acetabularnih skodelic iz titanove zlitine mora biti površinska mikroporozna struktura (5–10 μm) zelo natančna v smislu velikosti. Določeno podjetje pridobi natančen nadzor s kombinirano metodo "žarjenje za razbremenitev napetosti + jedkanje s kislino":
Žarjenje z zmanjšanjem napetosti: Zadržite pri 650 stopinjah 2 uri, da se znebite kakršnega koli preostalega tiskarskega stresa in zmanjšate verjetnost sprememb velikosti med naslednjim kislinskim jedkanjem.
Obdelava s kislinskim jedkanjem: uporabite mešanico fluorovodikove kisline in raztopine dušikove kisline za jedkanje 10 minut, da naredite homogene mikropore. To bo preprečilo, da bi sprostitev napetosti povzročila lokalno korozijo. Razlike v velikosti naj bodo znotraj ± 0,02 mm.
3. Industrijski kalupi: Iskanje pravega ravnovesja med ceno in uporabo
S postopkom "trdna raztopina + staranje" za toplotno obdelavo je določeno podjetje izdelalo kalupe iz aluminijevih zlitin, ki so trši do 120HB. Vendar pa morajo najti kompromis med ceno in natančnostjo:
Stroškovno{0}}učinkovita metoda je samo peskanje (vrednost Ra manj kot ali enaka 3,2 μ m) delov za izpolnitev tipičnih potreb po oblikovanju plastike. To zmanjša stroške vsakega kosa za 40%, vendar dimenzije niso zelo stabilne.
Visoko{0}}zmogljiva rešitev: povečajte CNC natančnost obdelave (vrednost Ra manj kot ali enaka 0,8 μm), kar je dobro za dele kalupov, ki morajo biti zelo sijoči ali prozorni. To bo potrojilo čas obdelave, vendar bo dimenzijska natančnost ± 0,01 mm.
3, Strategija za nadzor dimenzijske natančnosti: izboljšanje procesov in uvedba novih tehnologij
1. Ujemanje procesnih parametrov: omogočanje, da proces toplotne obdelave in tiskanja delujeta skupaj
Nastavitve za toplotno obdelavo morajo biti enake tistim za postopek 3D tiskanja, na primer temperatura in hitrost ohlajanja. Na primer, če tiskate zlitino Inconel 718 z uporabo LPBF in je tiskalni sloj debel 0,05 mm, morate uporabiti obdelavo raztopine 1150 stopinj in obdelavo staranja 720 stopinj, da zmanjšate razpoke in spremembe dimenzij, do katerih pride, ko se material prehitro ohladi. Testi so pokazali, da lahko zaradi ujemajočih parametrov deli trajajo trikrat dlje, njihove dimenzije pa so stabilnejše za 50 %.
2. Pametni sistem toplotnega upravljanja: spremlja stvari v realnem času in po potrebi spreminja
Z uporabo infrardečih senzorjev in temperaturnega povratnega nadzora inteligentni sistem za upravljanje toplote naredi toplotno polje bolj enotno. Sistem umetne inteligence, ki ga je izdelala Platinum Technology, lahko spremeni moč laserja in hitrost skeniranja v realnem času. To preprečuje, da bi se temperatura med tiskanjem oklepajev iz titanove zlitine preveč spreminjala, in jo ohranja znotraj ± 5 stopinj. Po toplotni obdelavi sistem zmanjša tudi dimenzijsko odstopanje z ± 0,05 mm na ± 0,02 mm.
3. Novi načini toplotne obdelave stvari: lokalno segrevanje in kompozitni postopek
Lokalna toplotna obdelava: Indukcijsko segrevanje ali laserska lokalna toplotna obdelava se uporablja na velikih kosih, da se prepreči deformacija, ko se segrejejo po vsem. Z lokalno obdelavo z raztopino je določen letalski nosilec dosegel natezno trdnost 520 MPa in dimenzijsko stabilnost boljšo od ± 0,03 mm.
Kompozitni postopek: uporaba toplotne obdelave in vročega izostatičnega stiskanja (HIP) skupaj, da se znebite notranjih napak in izboljšate strukturo. Življenjska doba lopatic turbin letalskih motorjev GE je trikrat daljša po obdelavi HIP, dimenzijska deformacija pa je pod 0,05 %.