Επηρεάζει η θερμική επεξεργασία την ακρίβεια διαστάσεων στην τρισδιάστατη εκτύπωση μετάλλων;

Γιατί η θερμική επεξεργασία προκαλεί αλλαγές διαστάσεων σε μεταλλικά 3D εκτυπωμένα μέρη

Ο κύριος παράγοντας είναι η απελευθέρωση της υπολειπόμενης τάσης που δημιουργείται κατά τη διάρκεια της ταχείας τήξης και στερεοποίησης της διαδικασίας SLM. Καθώς οι τάσεις χαλαρώνουν κατά τη θέρμανση, τα μέρη μπορεί να παραμορφωθούν, να συρρικνωθούν ή να συστραφούν.

Πρόσθετοι παράγοντες περιλαμβάνουν:

Θερμική διαστολή και συστολή κατά τη διάρκεια των κύκλων θέρμανσης/ψύξης.

Μετασχηματισμοί φάσεων που προκαλούν αλλαγές όγκου (π.χ. σε κράματα τιτανίου).

Τα στηρίγματα που επηρεάζουν τη δομή υποστήριξης - μπορούν να περιορίσουν την παραμόρφωση σε ορισμένες περιοχές, ενώ την επιτρέπουν σε άλλες.

Ένας νωτιαίος κλωβός Ti-6Al-4V που υποβάλλεται σε ανακούφιση από το στρες στις 800 μοίρες παρουσίασε στρέβλωση 0,15–0,25 mm σε όλο το μήκος 80 mm. Αυτό ήταν αρκετό για να ωθήσει τις κρίσιμες επιφάνειες ζευγαρώματος εκτός ανοχής.

Μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωσηΗ αλλαγή διαστάσεων κατά τη θερμική επεξεργασία είναι άμεσο αποτέλεσμα της μοναδικής θερμικής ιστορίας της παραγωγής προσθέτων.

Πόση Αλλαγή Διαστάσεων πρέπει να περιμένετε;

Τα τυπικά εύρη παραμόρφωσης για την τυπική ανακούφιση από τάσεις είναι 0,1–0,5% γραμμική μεταβολή, αν και αυτό ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με τη γεωμετρία και τη διαδικασία. Πολύπλοκες γεωμετρίες, λεπτά τοιχώματα και μακριές προεξοχές ενισχύουν την παραμόρφωση. Το HIP τείνει να παράγει πιο ομοιόμορφες (αλλά μερικές φορές μεγαλύτερες) αλλαγές λόγω πίεσης, ενώ η απλή ανακούφιση του στρες προκαλεί πιο εντοπισμένη παραμόρφωση.

Πίνακας δεδομένων: Τυπικά εύρη αλλαγής διαστάσεων

Η επεξεργασία μετά την ανοχή διαστάσεων SLM-απαιτεί εκ των προτέρων σχεδιασμό.

Υλικό-από-Συμπεριφορά διαστάσεων υλικού υπό θερμική επεξεργασία

Ti-6Al-4V: Εξαιρετικά ευαίσθητο λόγω του μετασχηματισμού / φάσης κοντά στις 882 μοίρες (beta transus). Η παραμόρφωση είναι συχνή εάν δεν ελέγχεται προσεκτικά.

Ανοξείδωτο ατσάλι 316L: Πιο σταθερό αλλά απαιτεί αποφυγή του εύρους ευαισθητοποίησης (450–850 μοίρες).

Κράματα CoCr: Ο όγκος αλλάζει από την κατακρήμνιση καρβιδίου.

Inconel 718: Καλή σταθερότητα διαστάσεων, αλλά επωφελείται από τη στερέωση κατά τη γήρανση.

AlSi10Mg: Πολύ παραμόρφωση-επιρρεπής. περιορίζεται σε χαμηλότερες θερμοκρασίες.

17-4PH: Προβλεπόμενη συστολή κατά τη γήρανση.

Πίνακας δεδομένων: Υλικό-Συγκεκριμένη συμπεριφορά

Ο ρόλος του σχεδιασμού εξαρτημάτων στον έλεγχο της αλλαγής διαστάσεων

Ο έξυπνος σχεδιασμός μειώνει σημαντικά τον κίνδυνο:

Διατηρήστε ομοιόμορφο πάχος τοιχώματος.

Χρησιμοποιήστε συμμετρία και ισορροπημένη κατανομή μάζας.

Βελτιστοποιήστε τις δομές υποστήριξης για τον περιορισμό κρίσιμων περιοχών.

Προσανατολίστε τα μέρη στην πλάκα κατασκευής για να ελαχιστοποιήσετε την παραμόρφωση της προεξοχής.

Προσθέστε υλικό κατεργασίας σε χαρακτηριστικά αυστηρής-ανοχής.

Πίνακας δεδομένων: Δυνατότητα σχεδίασης έναντι κινδύνου παραμόρφωσης

Ο σχεδιασμός μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης για θερμική επεξεργασία (DfAM) είναι απαραίτητος.

Έλεγχοι στερέωσης και διεργασιών που ελαχιστοποιούν την παραμόρφωση

Τα προσαρμοσμένα εξαρτήματα περιορίζουν την κίνηση χωρίς να δημιουργούν νέες καταπονήσεις.

Οι ελεγχόμενοι ρυθμοί ράμπας και η αργή ψύξη είναι κρίσιμες.

Οι ατμόσφαιρες κενού ή αδρανούς αερίου μειώνουν ζητήματα που σχετίζονται με την οξείδωση-.

Το HIP προκαλεί συχνά περισσότερη ισότροπη συρρίκνωση σε σύγκριση με την ελεύθερη-ανόπτηση.

Ένας κατασκευαστής που επεξεργάζεται αεροδιαστημικά στηρίγματα Inconel 718 χρησιμοποίησε προσαρμοσμένα εξαρτήματα γραφίτη κατά τη γήρανση, μειώνοντας τη διασπορά διαστάσεων από ±0,3 mm σε ±0,08 mm σε χαρακτηριστικά 150 mm.

Πρόβλεψη αλλαγής διαστάσεων

Η προσομοίωση παραμόρφωσης βάσει FEA{0}}είναι χρήσιμη αλλά απαιτεί επικύρωση με πραγματικά δεδομένα AM. Η εμπειρική προ-αποζημίωση (κλιμάκωση ή προ{3}}παραμόρφωση του STL) και η πρώτη-επιθεώρηση άρθρου είναι τυπικές. Οι κορυφαίοι προμηθευτές διατηρούν υλικό- και επεξεργάζονται-συγκεκριμένες βάσεις δεδομένων.

Post-Heat-Μηχανική επεξεργασίας

Η μηχανική κατεργασία μετά από θερμική επεξεργασία είναι ο πιο αξιόπιστος τρόπος για να επιτευχθούν αυστηρές ανοχές. Αφήστε απόθεμα 0,2–1,0 mm ανάλογα με το χαρακτηριστικό και το υλικό. Το φινίρισμα CNC, το EDM και η λείανση χρησιμοποιούνται συνήθως.

Πίνακας δεδομένων: Συνιστώμενο αποθεματικό κατεργασίας

Επαλήθευση διαστάσεων μετά από θερμική επεξεργασία

Χρησιμοποιήστε CMM για κρίσιμες διαστάσεις, τρισδιάστατη σάρωση για πλήρη αντιστοίχιση απόκλισης και εστιάστε σε χαρακτηριστικά GD&T όπως η επιπεδότητα, ο παραλληλισμός και η πραγματική θέση που επηρεάζονται περισσότερο από την παραμόρφωση. Δημιουργήστε μια βάση δεδομένων για επαναλαμβανόμενα μέρη.

Συχνές Ερωτήσεις

Η θερμική επεξεργασία συρρικνώνει τα μεταλλικά 3D εκτυπωμένα μέρη;

Μπορεί να προκαλέσει συρρίκνωση, διαστολή ή παραμόρφωση ανάλογα με το κράμα, τη διαδικασία και τη γεωμετρία. Συνηθέστερα ελαφρά συρρίκνωση ή τοπική παραμόρφωση.

Πόση αλλαγή διαστάσεων πρέπει να περιμένω μετά την ανακούφιση του στρες του SLM Ti-6Al-4V;

Τυπικά 0,1–0,4% γραμμικό, με στρέβλωση έως 0,2–0,5 mm σε μεγαλύτερα μέρη. Οι ακριβείς τιμές εξαρτώνται από τη γεωμετρία και τις παραμέτρους.

Μπορείτε να επεξεργαστείτε μεταλλικά 3D εκτυπωμένα μέρη μετά από θερμική επεξεργασία;

Ναι - αυτή είναι η τυπική πρακτική για την επίτευξη τελικών αυστηρών ανοχών.

Ποιος είναι ο καλύτερος τρόπος ελέγχου της παραμόρφωσης κατά τη θερμική επεξεργασία εξαρτημάτων SLM;

Συνδυάστε το καλό DfAM (ομοιόμορφα τμήματα, στηρίγματα), τη σωστή στερέωση, τους ελεγχόμενους ρυθμούς ράμπας και το υλικό μετά{0}}κατεργασίας.

Το HIP προκαλεί μεγαλύτερη αλλαγή διαστάσεων από την ανόπτηση ανακούφισης από το στρες;

Το HIP προκαλεί συχνά πιο ομοιόμορφη συρρίκνωση λόγω της πίεσης, αλλά μπορεί να είναι πιο προβλέψιμο από τη στρέβλωση της ελεύθερης ανόπτησης.

Πώς μπορώ να επαληθεύσω την ακρίβεια των διαστάσεων μετά τη θερμική επεξεργασία ενός μεταλλικού 3D εκτυπωμένου τμήματος;

Χρησιμοποιήστε CMM, τρισδιάστατη σάρωση και συγκρίνετε με μετρήσεις πριν και μετά τη θεραπεία με το κατάλληλο GD&T.