Ar visos metalinės 3D spausdintos dalys turi būti vėliau{1}}apdorotos?

1. Techninis principas: „įgimti defektai“ gaminant priedus ir būdas juos ištaisyti tolesnio apdorojimo metu
Pagrindinė metalo 3D spausdinimo idėja yra „sluoksniavimas po sluoksnio“. Tai reiškia, kad metalo milteliai išlydomi lazerio arba elektronų pluoštu, kad būtų sukurta trimatė forma. Nors ši procedūra gali padaryti sudėtingas geometrines struktūras be jokių išlaidų, ji visada turės šių techninių problemų:

Per didelis paviršiaus šiurkštumas: lydymosi baseino kietėjimo žymės tarp atspausdintų sluoksnių sukuria „žingsnio efektą“, dėl kurio paviršiaus šiurkštumas (Ra vertė) yra didesnis nei naudojant tradicinį apdorojimą. Pavyzdžiui, titano lydinio 3D spausdintų dalių paviršiaus šiurkštumas gali būti Ra 10–20 μm, o orlaivių variklių menčių paviršiaus šiurkštumas turi būti mažesnis nei arba lygus 0,8 μm.
Liekamojo įtempio susidarymas: jei dalį greitai kaitinate ir atvėsinate, jos viduje gali atsirasti tempimo įtempis, dėl kurio ji gali sulenkti, išsikraipyti arba įtrūkti. Aviacijos konstrukcinio komponento projekto atvejo analizė rodo, kad 3D spausdintos titano lydinio dalys, kurios nėra apdorotos, po frezavimo gali susilenkti iki 1,2 mm, o tai yra daug daugiau nei projektinė tolerancija.
Mikrostruktūros defektai: Mikrodefektai, tokie kaip poringumas ir dalių susiliejimo trūkumas, atsiranda dėl miltelių metalurgijos formavimo būdo. Tyrimo duomenys rodo, kad aliuminio lydinio komponentų, pagamintų naudojant SLM techniką, poringumas gali siekti 0,5–2%, o tai žymiai sumažina nuovargio tarnavimo laiką.
Post{0}}apdorojimo technologija naudoja fizinius, cheminius arba termodinaminius metodus, kad išspręstų išvardytas problemas konkrečiu būdu:

Mechaninis apdorojimas: penkių-ašių CNC staklės gali padaryti svarbiausius paviršius pakankamai lygius, kad jų Ra būtų mažesnis nei 0,4 μm.
Terminis apdorojimas – tai liekamojo streso pašalinimo ir grūdų struktūros gerinimo procesas. Atkaitinimas ir apdorojimas tirpalu yra du to pavyzdžiai. Pavyzdžiui, po terminio apdorojimo tam tikro automobilio turbokompresoriaus dalies liekamasis įtempis sumažėja 75%, o matmenų stabilumas padidėja 30%.
Karštas izostatinis presavimas (HIP): porų suspaudimas esant aukštam slėgiui ir temperatūrai, kad medžiagos tankis būtų beveik 100%. Nustatyta, kad aviacijos ir kosmoso pramonėje HIP apdorojimas padvigubina arba patrigubina dalių nuovargio tarnavimo laiką.
2. Kokybės reikalavimas: nuo „tinkamo“ pereiti prie „patikimo“
Vietų, kuriose bus naudojamos metalinės 3D spausdintos dalys, kokybės kriterijai yra tiesiogiai susieti su tolesnio tokių dalių apdorojimo poreikiais. Vėlesnis-apdorojimas tapo būtinu žingsniu toliau nurodytose situacijose:

Didelio tikslumo sritis: medicininiai implantai turi atitikti ISO 13485 medicinos standartą, o paviršiaus šiurkštumas turi būti Ra 0,8 m, kad prie jų nepriliptų bakterijos. Norint įsitikinti, ar nėra vidinių defektų, orlaivio variklių mentės turi būti išbandytos taip, kad jos nebūtų pažeistos, pavyzdžiui, kompiuterinė tomografija. Poringumas turi būti mažesnis nei 0,1%.
Dinaminė apkrovos aplinka: tokios dalys kaip krumpliaračiai, velenai ir kitos automobilių dalys turi atlaikyti kintančius įtempius. Likutinė įtempio koncentracija gali sutrumpinti neapdorotų 3D spausdintų dalių nuovargio laiką daugiau nei 50%.
Kad jūrinės inžinerijos dalys būtų atsparios korozijai-, jos turi išlaikyti druskos purškimo testą (pvz., ASTM B117 standartą). Paviršiaus apdorojimas, pvz., anodavimas ir galvanizavimas, gali sukurti apsauginę plėvelę, dėl kurios dalys yra daugiau nei dešimt kartų atsparesnės korozijai.
Tačiau ne kiekviena situacija reikalauja daug tolesnio{0}} apdorojimo. Pavyzdžiui,

Prototipo tikrinimo etapas: siekiant pagreitinti kūrimo ciklą, atliekant precizinį apdirbimą, gali būti nepateikti ne{0}}kritiniai elementai, kurie naudojami atliekant funkcinius bandymus. Greitai pagaminusi apvalkalo prototipus plataus vartojimo elektronikos įmonė sutrumpino dizaino pakeitimų laiką nuo 6 iki 2 savaičių.
Dalys, sudarančios vidų: jei įterpti elementai arba paviršiai, kurie nesiliečia vienas su kitu, neturi įtakos bendram veikimui, originalus paviršius gali būti išlaikytas. Tam tikro lėktuvo variklio degalų tiekimo vamzdžio laikiklis buvo patobulintas taip, kad vėl reikia apdoroti tik 40 % ploto.
Sistema specialioms medžiagoms: dėl savo homogeniškos mikrostruktūros 3D spausdintos dalys, pagamintos iš kai kurių naujų lydinių, įskaitant aukštos entropijos lydinius, gali iš karto atitikti eksploatacinių savybių kriterijus. Tyrimai parodė, kad tam tikros sudėties CoCrFeNi lydinio komponentai gali atitikti atsparumo dilimui kriterijus, nereikalaujant terminio apdorojimo po spausdinimo.
3, sąnaudos ir efektyvumas: „ekonominė posto apdorojimo riba“.
Rinkdamiesi post{0}}apdorojimą, turite rasti pusiausvyrą tarp geresnio našumo ir didesnių mokesčių. Pavyzdžiui, pažvelkime į tam tikros lėktuvo konstrukcijos dalies projektą:

Tiesioginio spausdinimo kaina: Dalims spausdinti reikia 120 valandų, o įranga ir milteliai kainuoja maždaug 80 000 juanių.
Vėlesnio apdorojimo{0}}kaina yra 20 000 juanių už terminį apdorojimą, 30 000 juanių už CNC precizinį apdirbimą ir 10 000 juanių už bandymą, iš viso 60 000 juanių.
Visapusiška nauda: dėl tolesnio{0} apdorojimo dalių kvalifikacijos lygis padidintas nuo 65 % iki 92 %, vieneto kaina sumažėjo nuo 123 000 juanių iki 109 000 juanių ir atitiko tinkamumo skraidyti sertifikavimo reikalavimus.
Pramonėje tolesnio apdorojimo{0}}ekonominė riba priklauso nuo šių dalykų:

Dalies sudėtingumas: kuo sudėtingesnė konstrukcija, tuo sunkiau ir brangiau ją apdoroti. Pavyzdžiui, norint nuimti atramą nuo turbinos disko su vidiniu srauto kanalu, kainuoja daugiau nei 50 000 juanių, norint perpjauti laidą su elektros iškrova.
Paketinis mastas: gaminant mažomis partijomis, tolesnio apdorojimo{0}}kaina yra labai paskirstyta; nors gaminant dalykus dideliu mastu, proceso optimizavimas gali sumažinti vieneto kainą. Tam tikra automobilių įmonė sumažino vienos prekės kainą nuo 150 juanių iki 80 juanių, naudodama įprastus tolesnio apdorojimo būdus.
Našumo perteklius: jei dizainas leidžia keisti našumą, gali sumažėti po apdorojimo reikalingų veiksmų skaičius. Pavyzdžiui, tam tikras įrankio laikiklis sutrumpino pristatymo laiką 40%, pakeisdamas tolerancijos diapazoną ir atsisakęs terminio apdorojimo žingsnio.