Kaj je naknadna-obdelava za 3D-tiskanje kovin? Zakaj je naknadna-obdelava potrebna?

一, Kaj je naknadna-obdelava za 3D-tiskanje kovin in kakšni so njeni glavni cilji
Nak-obdelava kovinskega 3D-tiskanja je niz korakov, ki se izvajajo na natisnjenih delih po zaključku proizvodnje z dodatkom kovine. Ti koraki vključujejo popravljanje, optimizacijo in obdelavo delov, da se znebite proizvodnih napak, izboljšate kazalnike učinkovitosti in zadovoljite potrebe določenih aplikacij. Njegove glavne cilje lahko povzamemo kot:

Izboljšanje kakovosti: znebite se težav, kot so napake pri lepljenju med plastmi in grobe površine, zaradi katerih so deli manj zanesljivi.
Optimizacija delovanja: Toplotna obdelava, modifikacija površine in druge obdelave lahko izboljšajo pomembne lastnosti materialov, kot so trdnost, trdota in odpornost proti koroziji.
Dimenzijski popravek: Nadoknadite toplotno deformacijo in krčenje, ki se zgodita med tiskanjem, da zagotovite, da kosi izpolnjujejo zahteve tolerance načrta.
Funkcionalna integracija: daje kosom bolj zapleteno splošno delovanje z okrepitvijo njihove strukture ali kombiniranjem različnih materialov.
Na primer, v vesoljski industriji se kovinsko 3D tiskanje uporablja za izdelavo splošnega okvirja določene vrste rezervoarja za gorivo raketnega motorja. Nato se z vročim izostatičnim stiskanjem (HIP) znebite morebitnih notranjih por. Nato se uporabi CNC rezkanje za oblikovanje tesnilne površine in obdelava z eloksiranjem, da postane bolj odporna proti koroziji. Zaradi te serije postopkov po obdelavi so deli 30 % močnejši, 40 % lažji in sposobni tesniti v zelo težkih pogojih.

2, Glavni tehnološki sistem za naknadno-obdelavo
V naknadni-obdelavi kovinskega 3D-tiska so štirje tehnološki moduli: odstranjevanje materiala, toplotna obdelava, površinska obdelava in strukturna krepitev. Vsak modul je del večje rešitve, ki deluje v različnih situacijah.

1. Odstranjevanje materiala: rezljanje z natančnostjo od "grobo" do "fino"
Kovinskih 3D-natisnjenih predmetov pogosto ni mogoče uporabiti takoj, ker imajo ostanke podpornih struktur in grobe površine (vrednosti Ra so lahko visoke tudi do 10–20 μm). Tehnika odstranjevanja materiala uporablja mehansko obdelavo, lasersko rezanje ali kemično korozijo za naslednje:

Če želite odstraniti podporno strukturo, uporabite pi-kriogensko luščenje ali mehanska orodja za rezanje, da se prepričate, da je podpora popolnoma odstranjena, ne da bi poškodovali natisnjeni predmet. Na primer, natisnjen del pesta avtomobilskega kolesa je zamrznjen pri nizki temperaturi, zaradi česar je podporna struktura krhka in jo je lažje odlepiti. To poveča učinkovitost za 50%.
Končna obdelava površine: CNC rezkanje, brušenje ali poliranje lahko povzroči, da je hrapavost površine manjša od Ra0,8 μm. Pet{2}}osni obdelovalni center je bil uporabljen za zrcalno poliranje površine pretočnega kanala po tiskanju lopatic določenega letalskega motorja. To zmanjša upor zračnega toka za 15 %.
Popravek velikosti: Uporabite opremo za merjenje koordinat, da pridobite povratne podatke in popravite morebitne spremembe velikosti, ki se zgodijo med tiskanjem z mehansko obdelavo. Tehnologija mikro rezkanja ohranja dimenzijsko natančnost vsadka tiskanega medicinskega pripomočka znotraj ± 0,01 mm, kar je potrebno za kirurško vstavitev.
2. Toplotna obdelava: sprememba-igre pri nadzoru učinkovitosti mikrostrukture
Toplotna obdelava odpravi zaostale napetosti, ki nastanejo med tiskanjem (do 50 % do 70 % meje tečenja materiala) in izboljša zrnato strukturo materiala z uravnavanjem krivulje segrevanja in hlajenja. Nekatere običajne metode so:

Obdelava z žarjenjem: segrejte del pod temperaturo, pri kateri se lahko rekristalizira, in ga hranite na toplem, da se znebite notranjih napetosti in postane bolj prožen. Vakuumsko žarjenje je zmanjšalo preostalo napetost za 80 % in potrojilo življenjsko dobo ortopedskega vsadka iz titanove zlitine po tem, ko je bil natisnjen.
Trdna raztopina in obdelava s staranjem: pri materialih, kot so visokotemperaturne-zlitine na osnovi niklja, obdelava s trdno raztopino raztopi ojačitveno fazo, nato pa obdelava s staranjem povzroči nastanek finih usedlin, kar močno poveča-visokotemperaturno trdnost. Po tiskanju turbinskega diska za dani letalski motor sta trdna raztopina in obdelava s staranjem izboljšala njegovo odpornost proti lezenju pri 650 stopinjah za 40 %.
Vroče izostatično stiskanje (HIP) uporablja visoko temperaturo (običajno 0,7–0,9-kratnik tališča materiala) in visok tlak (100–200MPa), da se znebi notranjih por in naredi material gostejši. Po tiskanju določenega dela satelitske strukture je obdelava HIP povečala gostoto z 99,2 % na 99,95 % in mejo utrujenosti za 25 %.
3. Površinska obdelava: od "funkcionalizacije" do "inteligentizacije" v inženirstvu površin
S spreminjanjem površinske morfologije ali kemične sestave predmetov jim tehnologija površinske obdelave daje posebne lastnosti, vključno z odpornostjo proti koroziji, obrabi in biokompatibilnostjo. Nekatere običajne tehnologije so:

Peskanje in poliranje: peskanje uporablja hitro-gibajoče se delce peska, da zadenejo površino, jo naredijo enakomerno hrapavo (Ra3,2–6,3 μm) in pripomorejo k boljšemu prijemu premaza. Poliranje nato naredi površino še bolj gladko, pod Ra0,4 μ m, da izpolni potrebe po optiki ali tesnjenju.
Galvanizacija in kemična obdelava sta dva načina za dodajanje plasti kovine ali zlitine na površino predmetov, da postanejo bolj odporni proti rji ali bolje prevajajo elektriko. Obdelava z nikljanjem je zmanjšala stopnjo korozije za 90 % v 3,5 % raztopini NaCl po tiskanju določenega dela pomorskega inženirstva.
Lasersko oblaganje: visoko{0}}energijski laserski žarek stopi prah zlitine in na površini predmeta oblikuje 0,1–5 mm debelo prevleko. Zaradi tega je veliko bolj odporen proti obrabi. Lasersko oplaščenje prevleke iz zlitine Stellite 6 je povečalo odpornost proti obrabi zobnikov določenega kosa rudarske opreme za petkrat po tem, ko so bili natisnjeni.
Mikro obločna oksidacija: Na površino aluminijevih in magnezijevih zlitin se nanese film iz keramičnega oksida, da postanejo bolj odporne proti obrabi in koroziji. Obdelava z mikroobločno oksidacijo je podaljšala čas odpornosti proti koroziji na več kot 1000 ur pri preskusu s slanim pršenjem po tiskanju nosilca za novo baterijo za energijsko vozilo.
4. Strukturna ojačitev: sprememba zmogljivosti iz "enega materiala" v "kompozitno strukturo"
Z dodajanjem ojačitvenih faz ali izboljšanjem poti prenosa obremenitve tehnologija strukturne ojačitve omogoča, da deli mehansko na splošno bolje delujejo. Nekateri običajni načini so:

Ojačitev z vlakni: vstavljanje ogljikovih ali keramičnih vlaken v kovinsko matriko za izdelavo strukture kompozitnega materiala. Določen del konstrukcije letala so po tiskanju okrepili z dodajanjem kratko rezanih karbonskih vlaken, s čimer je bila njegova specifična trdnost močnejša za 30 %.
Oblikovanje materialov s prelivi: Kakovost materiala lahko spreminjate s spreminjanjem mešanice prahu ali parametrov tiskanja. Natisnjeni deli ventila za jedrsko elektrarno imajo gradientno strukturo iz legiranega nerjavnega jekla-na osnovi niklja. Zaradi tega so za 40 % bolj odporni na utrujenost v okolju termične-mehanske sklopke.
Načrtovanje mrežastih struktur: Uporaba optimizacije topologije za izdelavo lahkih mrežastih struktur, ki so več kot 50 % lažje, a vseeno močne. Po tiskanju določenega satelitskega nosilca prevzame tetraedrično mrežno strukturo, zaradi česar je dvakrat togejši in 60 % lažji.
3, Potreba po naknadni-obdelavi: preskok s "tehnične izvedljivosti" na "inženirsko zanesljivost"
Potreba po naknadni-obdelavi pri 3D-tiskanju kovin izhaja iz konflikta med temeljnimi lastnostmi tehnologije aditivne proizvodnje in strogimi zahtevami inženirskih aplikacij. Natančneje, njegova potreba se kaže v naslednjih vidikih:

1. Znebite se proizvodnih napak in poskrbite, da izdelek deluje, kot mora.
Toplotni stres zaradi hitrega segrevanja in ohlajanja, pore, ki nastanejo, ko se prašek ne zlije v celoti, in šibka vmesna vez lahko povzročijo, da so kosi manj trpežni in da je večja verjetnost, da se bodo zlomili med postopkom kovinskega 3D-tiskanja. Na primer, meja utrujenosti tiskanih delov iz visokotemperaturne-zlitine na osnovi niklja brez obdelave HIP je lahko manjša od 50 % tiste za kovane dele; vendar pa lahko po žarjenju za odstranitev preostale napetosti vzdržljivost kovanega dela preseže 80 %.

2. Izpolnite cilje uspešnosti in razširite obseg aplikacij
Zahteve za delovanje delov se zelo razlikujejo glede na aplikacijo. V letalski in vesoljski industriji morajo deli dobro delovati v okoljih z visokimi temperaturami, visokim pritiskom in visokimi vibracijami. Na področju medicinskih pripomočkov morajo biti deli biokompatibilni in odporni proti koroziji iz telesnih tekočin. Avtomobilska industrija se bolj ukvarja z lažjimi in cenejšimi deli. Tehnologija naknadne-obdelave omogoča kovinskim 3D-natisnjenim predmetom, da zadovoljijo te posebne potrebe, tako da jih optimizirajo za te namene. Na primer, zgorevalna komora določenega tipa letalskega motorja je lahko še vedno strukturno zdrava pri visoki temperaturi 1200 stopinj po tiskanju, zahvaljujoč toplotni obdelavi in ​​obdelavi premaza. Po tiskanju prilagojenega ortopedskega vsadka iz titanove zlitine je bila hrapavost površine zmanjšana na Ra0,2 μm s poliranjem s kislinskim pranjem, kar je močno izboljšalo oprijem kostnih celic.

3. Naredite gospodarstvo učinkovitejše in spodbujajte velike uporabe
Kovinski 3D-tiskanje je cenejši za izdelavo zapletenih struktur, vendar so stroški surovin (kot prah titanove zlitine, ki stane več sto juanov na kilogram), amortizacija opreme in porabljena energija še vedno precej visoki. Tehnologija naknadne-obdelave znižuje skupne stroške življenjskega cikla z boljšo uporabo materialov (na primer pridobitev več kot 80 % prahu), nižjo stopnjo odpadkov (na primer znižanje stopnje napak s spletnim odkrivanjem in-asovnim popravkom) in podaljša življenjsko dobo delov (na primer naredi dele bolj odporne proti koroziji s površinsko obdelavo). Na primer, določena proizvodna linija za tiskanje pest avtomobilskih koles je z dodajanjem avtomatiziranega sistema naknadne-obdelave skrajšala čas, potreben za izdelavo enega kosa, z 8 ur na 2 uri. To je vodilo do skupnega prihranka stroškov v višini 35 %.