Γιατί η μετα{0}}επεξεργασία καθορίζει την τελική ποιότητα των μεταλλικών εξαρτημάτων που εκτυπώνονται 3D;

1. Διόρθωση μεταλλουργικών ελαττωμάτων: από "χαλαρά και πορώδη" έως "πυκνά και άψογα"
Η μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση έχει εγγενή ελαττώματα σε μικροσκοπικό επίπεδο επειδή λιώνει και στερεοποιείται γρήγορα.

Πρόβλημα πορώδους: Στη διαδικασία SLM (Selective Laser Melting), μικροπόροι μπορούν να σχηματιστούν στο εσωτερικό του εξαρτήματος εάν η σκόνη δεν λιώσει πλήρως ή παγιδευτεί αέριο. Αυτό μπορεί να συμβεί όταν το πορώδες είναι μεταξύ 0,5% και 1%. Αυτοί οι πόροι θα είναι το πρώτο μέρος όπου εμφανίζονται ρωγμές κόπωσης, γεγονός που θα κάνει τα μέρη πολύ λιγότερο δύσκολο να σπάσουν. Για παράδειγμα, η μέση διάρκεια θραύσης των πτερυγίων του στροβίλου ενός δεδομένου κινητήρα αεροσκάφους είναι μόνο 13 ώρες στις 650 μοίρες και 690 MPa εάν δεν υποβληθούν σε επεξεργασία μετά-. Ωστόσο, μετά από επεξεργασία θερμής ισοστατικής πίεσης (HIP), η διάρκεια ζωής του κατάγματος βελτιώθηκε στις 131 ώρες, γεγονός που πληρούσε τις απαιτήσεις σχεδιασμού.
Έλεγχος της υπολειπόμενης τάσης: Η ανομοιόμορφη ψύξη του υλικού κατά την εκτύπωση μπορεί να προκαλέσει τη δημιουργία υπολειπόμενης τάσης στο εσωτερικό του εξαρτήματος, η οποία μπορεί να προκαλέσει κάμψη, σπάσιμο ή αδυναμία ομοιόμορφης προσαρμογής του. Για παράδειγμα, η υπολειπόμενη τάση στο κράμα τιτανίου Ti6Al4V μπορεί να είναι υψηλότερη από την αντοχή διαρροής στις γωνίες. Εάν δεν ανόπτεται, τα φαινόμενα "έκρηξης άκρων" είναι πιθανό να εμφανιστούν κατά τη διάρκεια της επόμενης κατεργασίας. Η ανόπτηση στους 800-900 βαθμούς ενισχύει σημαντικά τη σταθερότητα της επεξεργασίας.
Σημαντικά βήματα στην επεξεργασία ανάρτησης-:

Θερμή ισοστατική πίεση (HIP): Όταν τα υλικά θερμαίνονται σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες (συνήθως μεταξύ 900 και 1200 μοίρες) και πολύ υψηλές πιέσεις (100 και 200 ​​MPa), οι εσωτερικές τους οπές κλείνουν, γεγονός που τα κάνει σχεδόν διπλάσια.
Ανόπτηση για ανακούφιση από το στρες: Οι υπολειμματικές τάσεις αποφορτίζονται για να γίνουν πιο σταθερές οι διαστάσεις θερμαίνοντας και ψύχοντας αργά τους κύκλους συγκράτησης. Για παράδειγμα, αφού θερμανθεί στους 300 βαθμούς, η υπολειπόμενη τάση στα μέρη από κράμα αλουμινίου AlSi10Mg μειώνεται κατά 80% και η παραμόρφωση διατηρείται εντός 0,1 mm.
2. Βελτίωση της απόδοσης: Από την "Ανισοτροπία" στην "Πανκατευθυντική Ισορροπία"
Οι ιδιότητες στοίβαξης ενδιάμεσων στρωμάτων της μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης προκαλούν διαφορετικές μηχανικές ιδιότητες σε διαφορετικές κατευθύνσεις (ανισοτροπία). Η μετα-επεξεργασία μπορεί να εξισορροπήσει την απόδοση ελέγχοντας τον ιστό:

Βελτιστοποίηση κόκκων: Η ευελιξία και η σκληρότητα του υλικού μπορούν να μειωθούν από τους χονδροειδείς στηλώδεις κρυστάλλους που αναπτύσσονται όταν η ουσία κρυώνει γρήγορα μετά την εκτύπωση. Ο καθαρισμός των κόκκων και η καθίζηση των φάσεων ενίσχυσης μπορούν να επιταχυνθούν με επεξεργασία διαλύματος (όπως επεξεργασία διαλύματος 1080 μοιρών του κράματος Inconel 718 υψηλής-θερμοκρασίας) και επεξεργασία γήρανσης (παλαίωσης στους 550 βαθμούς για 8 ώρες). Αυτό μπορεί να αυξήσει την αντοχή σε εφελκυσμό σε πάνω από 1300 MPa.
Αύξηση σκληρότητας: Η διαδικασία σβέσης ψύχει γρήγορα το υλικό, δημιουργώντας μια μαρτενσιτική δομή που κάνει την επιφάνεια πολύ πιο σκληρή. Μετά το σβήσιμο στους 1050 βαθμούς, η σκληρότητα των εξαρτημάτων από ανοξείδωτο χάλυβα 316L πηγαίνει από 180HV σε 350HV και τα μέρη είναι τρεις φορές πιο ανθεκτικά στη φθορά.
Σημαντικά βήματα στην επεξεργασία ανάρτησης-:

Πακέτο θερμικής επεξεργασίας: Μια προσαρμοσμένη μέθοδος «ανόπτησης+διάλυμα+γήρανσης» για κάθε υλικό, όπως «ανόπτηση 800 μοιρών+550 βαθμού γήρανσης» για το Ti6Al4V, που μπορεί να βελτιώσει ταυτόχρονα την αντοχή και τη σκληρότητα.
Με τη χημική θέρμανση της επιφάνειας του εξαρτήματος, όπως η νιτρίωση και η ενανθράκωση, παράγεται μια σκληρή επίστρωση που το καθιστά πιο ανθεκτικό στη φθορά. Μετά την επεξεργασία εναζώτου, η επιφανειακή σκληρότητα των εξαρτημάτων μετάδοσης μπορεί να υπερβεί τα 600 HV και τα εξαρτήματα μπορούν να διαρκέσουν πέντε φορές περισσότερο.
3, Έλεγχος ακρίβειας διαστάσεων: από "εκτεταμένη χύτευση" έως "συναρμολόγηση ακριβείας"
Τα περισσότερα μεταλλικά προϊόντα τρισδιάστατης εκτύπωσης έχουν ακρίβεια διαστάσεων ± 0,1 mm στην αρχή, γεγονός που καθιστά δύσκολη την κάλυψη των αναγκών συναρμολόγησης ακριβείας. Ωστόσο, η μηχανική κατεργασία μπορεί να κάνει την επεξεργασία μετά{3}}ακριβή σε μικρόμετρο.

Διόρθωση κρίσιμων διαστάσεων: Η κατεργασία CNC πρέπει να χρησιμοποιείται για τη διαχείριση των ανοχών στις θέσεις που περιλαμβάνουν στεγανοποίηση, σύνδεση και μετακίνηση ζευγαριών. Για παράδειγμα, η επιφάνεια ζευγαρώματος ενός τμήματος του σώματος της υδραυλικής βαλβίδας πρέπει να κατεργαστεί σε πέντε άξονες για να βελτιωθεί η ακρίβεια διαστάσεων από ± 0,05 mm σε ± 0,01 mm.
Αφαίρεση της δομής στήριξης: Η δομή στήριξης που προστέθηκε κατά την εκτύπωση θα αφήσει πίσω της ορισμένα σημάδια που πρέπει να διαγραφούν προσεκτικά με ηλεκτρολυτική κατεργασία ή κοπή με λέιζερ, ώστε να μην καταστραφεί η κύρια δομή.
Σημαντικοί τρόποι επεξεργασίας μετά:

Επεξεργασία ακριβείας: χρήση λείανσης εξαιρετικά-ακρίβειας, μηχανικής κατεργασίας ηλεκτρικής εκκένωσης (EDM) και άλλων μεθόδων για τη λήψη επιπέδων ακρίβειας από IT5 έως IT7.
Εύρεση και επιδιόρθωση πραγμάτων στο Διαδίκτυο: Μια μηχανή μέτρησης συντεταγμένων (CMM) παρέχει δεδομένα πραγματικού-χρόνου σχετικά με τις αποκλίσεις διαστάσεων, έτσι ώστε οι παράμετροι επεξεργασίας να μπορούν να αλλάξουν και η παραγωγή παρτίδας να είναι συνεπής.
4. Καλύτερη ποιότητα επιφάνειας: από "τραχύ στρώσιμο" σε "καθρέφτη-όπως ομαλότητα"
Η τραχύτητα επιφάνειας (Ra) της τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων είναι συνήθως μεταξύ 8 και 12 μ m, που είναι σημαντικά υψηλότερη από τα 0,8 έως 3,2 μm της παραδοσιακής μηχανικής κατεργασίας. Η μετα{6}}επεξεργασία μπορεί να κάνει την επιφάνεια λεία χρησιμοποιώντας τόσο φυσικές όσο και χημικές μεθόδους:

Καθοδηγούμενο από λειτουργικές απαιτήσεις: Στον τομέα των ιατροτεχνολογικών προϊόντων, η τραχύτητα της επιφάνειας πρέπει να διατηρείται κάτω από το Ra<0.8 μ m to keep germs from sticking; in the field of optics, surface roughness must be below Ra<0.1 μ m to meet the need for transmittance.
Προστασία από τη διάβρωση: Οι τραχιές επιφάνειες μπορούν να κάνουν τις διαβρωτικές ουσίες να εισχωρούν πιο γρήγορα, επομένως πρέπει να γυαλιστούν ή να επιμεταλλωθούν για να δημιουργήσουν μια παχιά προστατευτική επίστρωση. Για παράδειγμα, μετά από ηλεκτρολυτική στίλβωση, τα εξαρτήματα ναυτιλιακής μηχανικής μπορούν τώρα να αντισταθούν στη διάβρωση με ψεκασμό αλατιού για 500 ώρες αντί για μόλις 24 ώρες.
Σημαντικές μέθοδοι επεξεργασίας ανάρτησης-:

Μηχανική στίλβωση: Η τιμή Ra μειώνεται σε λιγότερο από 0,4 μ m με την εφαρμογή μεθόδων όπως λείανση με ζώνη άμμου και μαγνητορεολογική στίλβωση.
Η χημική επιμετάλλωση ή η ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση προσθέτει μεταλλικά στρώματα όπως νικέλιο και χρώμιο στην επιφάνεια των αντικειμένων για να τα κάνει να φαίνονται καλύτερα και να τα προστατεύουν από τη σκουριά. Για παράδειγμα, μετά από χημική επινικελίωση, η λάμψη ενός συγκεκριμένου στολισμού αυτοκινήτου είναι μεγαλύτερη από 90%.