Όλα τα μεταλλικά 3D εκτυπωμένα μέρη απαιτούν θερμική επεξεργασία;

1. Η κύρια δουλειά της θερμικής επεξεργασίας είναι να απαλλαγούμε από ελαττώματα και να κάνουμε τα πράγματα να λειτουργούν καλύτερα.
Οι διαδικασίες θέρμανσης, μόνωσης και ψύξης μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά τη μικροδομή των μεταλλικών εξαρτημάτων τρισδιάστατης εκτύπωσης με θερμική επεξεργασία. Αυτό κάνει τα εξαρτήματα να λειτουργούν καλύτερα συνολικά.
Απαλλαγή από την υπολειπόμενη καταπόνηση: Η ανομοιόμορφη ψύξη και στερεοποίηση κατά την εκτύπωση μπορούν εύκολα να προκαλέσουν υπολειπόμενη πίεση στο εσωτερικό των τεμαχίων, η οποία μπορεί να προκαλέσει κάμψη ή θραύση. Η αργή ψύξη κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανόπτησης μπορεί να βοηθήσει στην ανακούφιση του στρες. Μετά την ανόπτηση, για παράδειγμα, ο ρυθμός μείωσης της τάσης των δομικών μερών της αεροδιαστημικής μπορεί να είναι μεγαλύτερος από 80%.
Ενίσχυση των μηχανικών ιδιοτήτων: Το σβήσιμο και το σκλήρυνση μαζί μπορούν να κάνουν τα πράγματα πολύ πιο δύσκολα και πιο δυνατά. Για παράδειγμα, μετά το σβήσιμο, ο ανοξείδωτος χάλυβας 316L είναι 30% πιο σκληρός και πιο ανθεκτικός στη φθορά, καθιστώντας τον κατάλληλο για μηχανικά μέρη που πρέπει να φέρουν μεγάλο βάρος.
Καθαρισμός κόκκων: Η κατευθυντική διαδικασία ανακρυστάλλωσης διαχειρίζεται τη θερμική κλίση για τη σύντηξη μικροσκοπικών κόκκων σε στηλώδεις κρυστάλλους. Αυτό καθιστά το υλικό πιο ικανό να αντιστέκεται στον ερπυσμό σε υψηλές θερμοκρασίες. Η έρευνα του MIT δείχνει ότι μετά από κατευθυντική επεξεργασία ανακρυστάλλωσης, το μέγεθος των κόκκων των κραμάτων υψηλής{{3} θερμοκρασίας-με βάση το νικέλιο αυξάνεται κατά πολλές τάξεις μεγέθους και η διάρκεια ζωής του ερπυσμού διαρκεί πολύ περισσότερο.
Θεραπεία για πύκνωση: Η θερμή ισοστατική πίεση (HIP) απαλλάσσει τους εσωτερικούς πόρους χρησιμοποιώντας υψηλή θερμοκρασία και υψηλή πίεση. Αυτό κάνει την πυκνότητα του υλικού σχεδόν 100%. Για παράδειγμα, η επεξεργασία HIP έχει ενισχύσει τη διάρκεια ζωής κόπωσης χαμηλού κύκλου των δίσκων τουρμπίνας σε κινητήρες αεροσκαφών από 5000 κύκλους σε 20000 κύκλους.
2. Καταστάσεις χωρίς θερμική επεξεργασία: βελτίωση των χαρακτηριστικών και των διεργασιών του υλικού
Παρόλο που η θερμική επεξεργασία έχει πολλά οφέλη, τα εξαρτήματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν αμέσως χωρίς καμία επιπλέον εργασία στις ακόλουθες περιπτώσεις:
Μέρη που δεν χρειάζονται πολλή πίεση: Εάν η δομή του εξαρτήματος είναι βασική, το μέγεθος είναι μέτριο και δεν ενδιαφέρεται για την υπολειπόμενη τάση, δεν χρειάζεται να το ανόπτετε. Για παράδειγμα, μικρά διακοσμητικά ή δομικά μέρη που δεν φέρουν-φόρτιση-δεν είναι πιθανό να παραμορφωθούν και δεν κάνουν τη θερμική επεξεργασία να αξίζει τα χρήματα.
Διαφορετικοί συνδυασμοί υλικών και διεργασιών: Ορισμένα υλικά έχουν δημιουργήσει τέλειες μικροδομές κατά την εκτύπωση. Για παράδειγμα, η τεχνική επιλεκτικής τήξης με δέσμη ηλεκτρονίων (EBSM) ψύχεται πιο αργά, πράγμα που σημαίνει ότι τα τυπωμένα μέρη από κράμα τιτανίου (Ti6Al4V) δεν γίνονται τόσο χονδροειδή, κάτι που είναι καλό για ιατρικά εμφυτεύματα επειδή πρέπει να είναι βιοσυμβατά.
Σενάριο για να δοθεί προσοχή στην ποιότητα της επιφάνειας: Εάν το εξάρτημα πρέπει να είναι πολύ λείο, η θερμική επεξεργασία θα μπορούσε να προκαλέσει την οξείδωση ή την αλλαγή σχήματος. Σε αυτό το σημείο, η θερμική επεξεργασία μπορεί να αντικατασταθεί από μεθόδους επιφανειακής επεξεργασίας, όπως χημική στίλβωση και στίλβωση με λέιζερ. Μετά την ηλεκτροχημική στίλβωση, η τραχύτητα της επιφάνειας των εμφυτευμάτων από πορώδες κράμα τιτανίου πέφτει από 6–12 μm σε 0,2–1 μm χωρίς να απαιτείται περαιτέρω θερμική επεξεργασία.
Επαλήθευση της ταχείας δημιουργίας πρωτοτύπων: Η θερμική επεξεργασία μπορεί να επιμηκύνει τον κύκλο ανάπτυξης στο στάδιο του σχεδιασμού του προϊόντος. Για παράδειγμα, η ενσωματωμένη εύκαμπτη άρθρωση στον τομέα των ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης χρειάζεται τα πρωτότυπα εξαρτήματά της να κατασκευαστούν γρήγορα και η απευθείας χρήση τυπωμένων εξαρτημάτων μπορεί να επιταχύνει τη διαδικασία επαλήθευσης.
3. Ένα πλαίσιο για τη λήψη αποφάσεων: Εύρεση της σωστής ισορροπίας μεταξύ απόδοσης, κόστους και αποδοτικότητας
Απαιτείται μια διεξοδική ματιά στις ακόλουθες μεταβλητές για να αποφασίσετε εάν θα κάνετε ή όχι θερμική επεξεργασία:
Λειτουργικές απαιτήσεις: Τα εξαρτήματα της αεροδιαστημικής πρέπει να μπορούν να χειρίζονται τεράστιες θερμοκρασίες και καταπονήσεις, γι' αυτό είναι σημαντική η θερμική επεξεργασία.
Τα ιατρικά εμφυτεύματα πρέπει να είναι ισχυρά και ασφαλή για το σώμα και η ανόπτηση ή η θεραπεία με HIP μπορεί να τα βοηθήσει να λειτουργήσουν καλύτερα.
Εάν το μόνο πράγμα που έχει σημασία είναι πώς φαίνονται τα γλυπτά τέχνης ή τα κομμάτια της οθόνης, η θερμική επεξεργασία μπορεί να παραλειφθεί για εξοικονόμηση χρημάτων.
Τα κράματα υψηλής θερμοκρασίας-με βάση το νικέλιο είναι πιθανό να σπάσουν, επομένως χρειάζονται στερεό διάλυμα και επεξεργασία γήρανσης για να γίνουν πιο σκληρά.
Τα μέρη από κράμα αλουμινίου (όπως το AlSi10Mg) περιέχουν μικροσκοπικούς κόκκους, γεγονός που τα καθιστά ελαφριά αμέσως.
Είδος διαδικασίας: Η διαδικασία τήξης σε στρώμα σκόνης (PBF) χρειάζεται ανόπτηση, καθώς κρυώνει γρήγορα και αφήνει μεγάλη ένταση πίσω.
Επειδή έχει υψηλή εισροή θερμότητας και χαμηλό επίπεδο καταπόνησης, η τεχνική κατευθυνόμενης εναπόθεσης ενέργειας (DED) μειώνει την ανάγκη για θερμική επεξεργασία.
Όρια κόστους: Ο εξοπλισμός HIP είναι ακριβός στην αγορά και τη λειτουργία του, γεγονός που καθιστά δύσκολο να αντέξουν οικονομικά τις μικρές και μεσαίες-επιχειρήσεις. Πρέπει να βρουν έναν συμβιβασμό μεταξύ απόδοσης και κόστους.
Η θερμική επεξεργασία περίπλοκων δομικών στοιχείων μπορεί να προκαλέσει αλλαγή σχήματος. Για να αποφευχθεί αυτό, η βελτιστοποίηση προσομοίωσης θα πρέπει να χρησιμοποιείται για την υποστήριξη του σχεδιασμού και την αύξηση των δαπανών έρευνας και ανάπτυξης.