Kokie veiksniai lems metalo 3D spausdinimo{0}}postinio apdorojimo sprendimą?

1. Medžiagos savybės: pagrindiniai tolesnio apdorojimo apribojimai
Metalo 3D spausdinimo medžiagų sudėtis, mikrostruktūra ir termofizinės savybės tiesiogiai lemia tolesnio apdorojimo techninę trajektoriją ir proceso parametrus.
Medžiagos sudėties ir fazių virsmų savybės
kintamieji metalai turi labai kintamą fazių virsmo temperatūrą, šiluminio plėtimosi koeficientus ir oksidacijos jautrumą. Pavyzdžiui, titano lydinys (Ti6Al4V) linkęs reaguoti su deguonimi, sudarydamas trapų oksido sluoksnį aukštesnėje nei 600 laipsnių temperatūroje, todėl terminis apdorojimas turi būti atliekamas vakuume arba inertinių dujų aplinkoje. Aukštos temperatūros lydiniai (pvz., Inconel 718) turi daug legiravimo elementų, todėl norint rasti tinkamą stiprumo ir tn pusiausvyrą, reikia laipsniškai kontroliuoti fazinio apdorojimo tirpalu (980–1020 laipsnių izoliacija 1 valandą) ir senėjimo apdorojimą (720 laipsnių izoliacija 8 valandas).
Miltelių tankis ir savybės
Pradiniam atspausdintų daiktų tankiui įtakos turi dalelių dydis, jų tekėjimas ir miltelių grynumas. Pavyzdžiui, aliuminio lydinio dalių, atspausdintų sferiniais milteliais, kurių dalelių dydis yra 15–45 μm, pradinis poringumas gali būti 3–5%. Kad jie būtų tankesni nei 99,9%, jie turi būti karštai izostatiškai presuojami (HIP) 1200 laipsnių ir 100 MPa. Dalys, atspausdintos nanoskalės milteliais, gali būti tik atkaitintos, kad atsikratytų vidinio įtempimo, nes jos labai greitai sukepiasi.
Valdymas, kuris nėra vienodas visomis kryptimis
Tai, kaip metalinis 3D spausdinimas sukrauna sluoksnius vienas ant kito, suteikia jam anizotropines mechanines savybes. Pavyzdžiui, 316L nerūdijančio plieno atsparumas tempimui yra 10–15 % mažesnis išilgai spausdinimo krypties (Z-ašyje) nei vertikalioje kryptyje (XY ašyje). Terminis apdorojimas, pavyzdžiui, laikymas 750 laipsnių temperatūroje 2 valandas ir gesinimas vandeniu, gali padėti grūdams persikristalizuoti, sumažinti anizotropiją iki 5% ir padaryti konstrukcines dalis nuoseklias.
2. Dalis funkcinių reikalavimų: po{1}}apdorojimas turint omenyje tikslą
Vėlesnio{0}}apdorojimo planas turėtų būti sutelktas į tai, kaip dalys bus panaudotos, ir pagal tai tobulinti našumo metriką.
Mechaninių savybių gerinimas
Didelio stiprumo poreikis: aviacinio variklio turbinos diskas turi atlaikyti ekstremalias 1000 laipsnių temperatūras ir 1000 MPa įtempius. Tempiamasis stipris turi būti padidintas, kad viršytų 1200 MPa taikant HIP+terminio apdorojimo kompozitinį metodą (po 1220 laipsnių /150 MPa HIP, 1080 laipsnių kietojo tirpalo +720 laipsnių sendinimo).
Aukšti atsparumo standartai: Ortopediniai implantai, įskaitant klubo protezus, turi būti tvirti ir atlaikyti nusidėvėjimą. Atkaitinimas (laikymas 700 laipsnių temperatūroje 4 valandas ir po to lėtai aušinamas) gali padidinti pailgėjimo greitį nuo 15% iki 25% ir sumažinti trapių lūžių riziką.
Geresnis atsparumas korozijai
316L nerūdijančio plieno dalys, naudojamos jūrų inžinerijoje, turi būti atsparios druskos purškiamai korozijai ilgą laiką. Atsparumo druskos purškimui laikas gali būti padidintas nuo 240 valandų iki 2000 valandų naudojant tiek elektrocheminį poliravimą (kuris pašalina paviršiaus oksido sluoksnį), tiek anodavimą (sudaro 10 μm storio oksidinę dangą). Tai atitinka ISO 9227 standarto reikalavimus.
Paviršiaus kokybės gerinimas
Plataus vartojimo elektronikos sektoriuje taikomos griežtos taisyklės, kaip turėtų atrodyti dalys. Kad paviršius būtų mažiau šiurkštus, juos reikia poliruoti keliais etapais (šiurkštus šlifavimas → smulkus šlifavimas → veidrodinis poliravimas), kol jis bus Ra0,2 μm arba mažesnis. Smėliavimo apdorojimas (200 tinklelio aliuminio oksido smėlio dalelės) taikomas vienu metu, kad būtų sukurta vienoda matinė apdaila, atitinkanti projektavimo standartus.
3. Gamybos proceso apribojimai: riba, ką galima padaryti po apdorojimo
Spausdinimo proceso specifikacijos ir įrangos galimybės iš karto apriboja papildomo apdorojimo{0}}technologijų galimybes.
Kontroliuoti liekamąjį stresą
Lazerinio miltelių sluoksnio lydymo (LPBF) technika palieka liekamuosius įtempius, kurie gali siekti net 70 % medžiagos takumo ribos, nes ji taip greitai atvėsta. Įtempių mažinimo atkaitinimas (izoliacija 500–600 laipsnių 2 valandas) turi būti atliktas iškart po spausdinimo. Jei ne, dalys gali deformuotis arba įtrūkti pjaustant ar apdirbant. Elektronų pluošto lydymosi (EBM) technologija turi mažesnį liekamąjį įtempį, nes prieš lydant substratas įkaista iki daugiau nei 600 laipsnių. Tai palengvina tolesnio{9}} apdorojimo procesą.
Atramos konstrukcijos atėmimas
Sudėtingų konstrukcinių dalių, pvz., aviacijos variklių degimo kamerų, atraminė konstrukcija turi rasti kompromisą tarp stabilumo spausdinant ir lengvo naudojimo po spausdinimo. Naudojant vandenyje-tirpias pagalbines medžiagas jas lengviau pašalinti. Kita vertus, metalines atramas reikia apdoroti vielos pjovimu (± 0,05 mm tikslumu) arba cheminiu ėsdymu (mikrostruktūroms), kad būtų išvengta paviršiaus pažeidimų dėl mechaninio pjovimo.
Matmenų tikslumo garantija
Spausdinimo sluoksnio storis (paprastai 20–100 μm) ir nuskaitymo metodas (toks šachmatų lentų nuskaitymas) turi įtakos dalių tikslumui. Dalims, kurioms reikalingas ± 0,02 mm nuokrypis nuo jungiamojo paviršiaus, po terminio apdorojimo reikia penkių -ašių jungties apdirbimo (tokio frezavimo ir šlifavimo). Tačiau paprastos konstrukcinės dalys gali gauti Ra3,2 μm paviršiaus tikslumą naudojant smėliasrovę ir šlifavimą.
4. Sąnaudų-naudos balansas: ekonominiai veiksniai, į kuriuos reikia atsižvelgti po apdorojimo
Papildomo apdorojimo{0}}sprendimas turi rasti geriausią pusiausvyrą tarp išlaidų mažinimo ir našumo gerinimo.
Vieneto sąnaudų optimizavimas
Gaminant daug medicininių implantų, gydant HIP, jie gali tarnauti ilgiau, tačiau vieneto kaina padidėja 30–50%. Pakeitus spausdinimo parametrus (toks padidinus lazerio galios tankį) iki mažesnio pradinio poringumo, HIP apdorojimo poreikius galima sumažinti perpus, o tai sutaupo daug pinigų.
Investicijų į įrangą grąža
Aviacijos ir kosmoso įmonės turi išleisti milijonus dolerių HIP įrangai, kad galėtų apdoroti aukštos temperatūros lydinio dalis. Kad išvengtų nenaudojamo ilgalaikio turto, jie gali bendradarbiauti su profesionaliais pašto-apdorojimo paslaugų teikėjais ir apmokestinti 500–2000 už vienetą (vieneto apdorojimo kaina).
Ciklo efektyvumo gerinimas
Automobilių formų gamyba „spausdinimo+atkaitinimo+tikslaus apdirbimo“ technika užtrunka nuo 7 iki 10 dienų. Bet optimizavus terminio apdorojimo procedūrą (pavyzdžiui, greitai pakėlus temperatūrą iki 750 laipsnių ir palaikius valandą), ciklą galima sutrumpinti iki 5 dienų, o tai pagreitina pristatymą.