Ali toplotna obdelava vpliva na dimenzijsko natančnost pri 3D tiskanju kovin?

Zakaj toplotna obdelava povzroči spremembo dimenzij kovinskih 3D-natisnjenih delov

Primarni dejavnik je sprostitev preostale napetosti, ki je nastala med hitrim taljenjem in strjevanjem postopka SLM. Ko se napetosti med segrevanjem sprostijo, se lahko deli zvijejo, skrčijo ali zvijejo.

Dodatni dejavniki vključujejo:

Toplotno raztezanje in krčenje med cikli ogrevanja/hlajenja.

Fazne transformacije, ki povzročajo prostorninske spremembe (npr. v titanovih zlitinah).

Vpliv podporne strukture - podpore lahko omejijo popačenje na nekaterih področjih, medtem ko ga dovolijo na drugih.

Hrbtenična kletka Ti-6Al-4V, ki je bila podvržena razbremenitvi napetosti pri 800 stopinjah, je doživela zvijanje 0,15–0,25 mm po dolžini 80 mm. To je bilo dovolj, da je kritične parne površine potisnilo iz tolerance.

Kovinski 3D tisksprememba dimenzij med toplotno obdelavo je neposredna posledica edinstvene toplotne zgodovine aditivne proizvodnje.

Koliko dimenzijske spremembe bi morali dejansko pričakovati?

Tipični razponi popačenj za standardno razbremenitev napetosti so 0,1–0,5 % linearne spremembe, čeprav se to močno razlikuje glede na geometrijo in postopek. Zapletene geometrije, tanke stene in dolgi previsi povečajo popačenje. HIP povzroča bolj enakomerne (vendar včasih večje) spremembe zaradi pritiska, medtem ko preprosta razbremenitev povzroči bolj lokalizirano zvijanje.

Podatkovna tabela: Tipični razponi sprememb dimenzij

Naknadna obdelava tolerance dimenzij SLM-zahteva vnaprejšnje načrtovanje.

Material-po-obnašanju dimenzij materiala pri toplotni obdelavi

Ti-6Al-4V: zelo občutljiv zaradi /fazne transformacije blizu 882 stopinj (beta transus). Izkrivljanje je pogosto, če ni natančno nadzorovano.

Nerjaveče jeklo 316L: Bolj stabilno, vendar zahteva izogibanje razponu občutljivosti (450–850 stopinj).

CoCr zlitine: spremembe prostornine zaradi izločanja karbida.

Inconel 718: Dobra dimenzijska stabilnost, vendar koristi pritrjevanju med staranjem.

AlSi10Mg: zelo{1}}nagnjen k popačenju; omejeno na nižje temperature.

17-4PH: Predvidljivo krčenje med staranjem.

Podatkovna tabela: Specifično-vedenje materiala

Vloga oblikovanja delov pri nadzoru sprememb dimenzij

Pametna zasnova znatno zmanjša tveganje:

Ohranite enakomerno debelino stene.

Uporabite simetrijo in uravnoteženo porazdelitev mase.

Optimizirajte podporne strukture za omejitev kritičnih območij.

Usmerite dele na gradbeno ploščo, da zmanjšate popačenje previsa.

Dodajte obdelovalni material na funkcije z nizko-toleranco.

Podatkovna tabela: Značilnost konstrukcije v primerjavi s tveganjem izkrivljanja

Zasnova kovinskega 3D tiskanja za toplotno obdelavo (DfAM) je bistvena.

Pritrdilni elementi in krmilniki procesa, ki zmanjšujejo popačenje

Napeljave po meri omejujejo gibanje brez ustvarjanja novih napetosti.

Nadzorovane stopnje naraščanja in počasno hlajenje sta ključnega pomena.

Vakuum ali atmosfere inertnega plina zmanjšujejo težave,-povezane z oksidacijo.

HIP pogosto povzroči bolj izotropno krčenje v primerjavi s-prostostoječim žarjenjem.

Proizvajalec, ki obdeluje letalske nosilce Inconel 718, je med staranjem uporabil prilagojene grafitne napeljave, s čimer je zmanjšal razpršenost dimenzij z ±0,3 mm na ±0,08 mm na 150 mm elementih.

Napovedovanje dimenzijskih sprememb

Simulacija popačenja na osnovi FEA-je uporabna, vendar zahteva preverjanje z dejanskimi podatki AM. Empirična pred-kompenzacija (skaliranje ali pred-izkrivljanje STL) in prvi-pregled artikla sta standardna. Vodilni dobavitelji vzdržujejo- materialne in obdelovalne-zbirke podatkov.

Obdelava po-toplotni-obdelavi

Strojna obdelava po toplotni obdelavi je najbolj zanesljiv način za doseganje ozkih toleranc. Pustite 0,2–1,0 mm zaloge, odvisno od funkcije in materiala. Običajno se uporabljajo CNC končna obdelava, EDM in brušenje.

Podatkovna tabela: Priporočeni dodatek za strojno obdelavo

Preverjanje dimenzij po toplotni obdelavi

Uporabite CMM za kritične dimenzije, 3D skeniranje za kartiranje popolnega odstopanja in se osredotočite na funkcije GD&T, kot so ravnost, vzporednost in pravi položaj, na katere popačenje najbolj vpliva. Zgradite bazo podatkov za ponavljajoče se dele.

Pogosto zastavljena vprašanja

Ali toplotna obdelava skrči kovinske 3D natisnjene dele?

Lahko povzroči krčenje, razširitev ali zvijanje, odvisno od zlitine, postopka in geometrije. Najpogosteje rahlo krčenje ali lokalno popačenje.

Koliko dimenzijske spremembe naj pričakujem po razbremenitvi napetosti SLM Ti-6Al-4V?

Običajno 0,1–0,4 % linearno, z zvijanjem do 0,2–0,5 mm na večjih delih. Točne vrednosti so odvisne od geometrije in parametrov.

Ali lahko obdelate kovinske 3D-natisnjene dele po toplotni obdelavi?

Da - to je standardna praksa za doseganje končnih ozkih toleranc.

Kateri je najboljši način za nadzor popačenja med toplotno obdelavo delov SLM?

Združite dober DfAM (enotni odseki, podpore), ustrezno pritrjevanje, nadzorovane stopnje rampe in material po-strojni obdelavi.

Ali HIP povzroča večjo dimenzijsko spremembo kot žarjenje za razbremenitev?

HIP pogosto povzroči bolj enakomerno krčenje zaradi pritiska, vendar je lahko bolj predvidljiv kot zvijanje pri prostem žarjenju.

Kako preverim dimenzijsko točnost po toplotni obdelavi kovinskega 3D-natisnjenega dela?

Uporabite CMM, 3D skeniranje in primerjajte z meritvami pred- in po-obdelavi z ustreznim GD&T.