Hva er de vanlige vanskelighetene ved etter-behandling av 3D-utskrift av metall?

1. Kontroll av overflateruhet: går fra "tomt" til "ferdig produkt"
Fordi metall 3D-printing bygger ting opp i lag, har overflaten en trinnvis tekstur med en ruhet (Ra-verdi) som vanligvis er mellom 6 og 12 μm. Dette er vesentlig grovere enn tradisjonell maskinering, som har en ruhetsverdi på 0,8 til 1,6 μm. For eksempel må ruheten til den indre veggen til kjølekanalen for flymotorblader holdes under 3 μm, ellers vil det redusere effektiviteten av varmeoverføringen betydelig.
Problemer med teknologi:
Resterende støttestruktur: Støttestrukturen som påføres under utskrift for å forhindre at ting endrer form kan etterlate groper eller støt på overflaten etter at den er tatt av.
Pulvervedheft: Når pulverpartikler ikke smelter helt, fester de seg til overflaten, som kalles "sfæroidisering".
Mellomlagsbindingsspor: Små ujevnheter kan dannes der laserskanningsbaner krysser hverandre.
Svare:
Kjemisk polering: Å bruke sure eller alkaliske løsninger for å selektivt løse opp overflatelaget kan gjøre det jevnere enn 1 μm, men du må være veldig forsiktig med hvor lenge du lar det stå i løsningen for å unngå for mye korrosjon.
Sandblåsingsbehandling: En jevn matt overflate skapes ved å treffe overflaten med høy-sandstrøm. Dette er bra for intrikate indre hulromsdesign, men det kan også skape nye overflatefeil.
Elektrolytisk polering: Denne metoden bruker elektrokjemiske prinsipper for å jevne ut overflaten på et mikroskopisk nivå. Det kan gi en speileffekt (Ra<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. Å fikse interne defekter: nøkkelen til å gjøre ting tettere og bedre.
Innsiden av 3D-printede metalldeler har vanligvis en porøsitet på 0,1 % til 5 %. Disse bittesmå feilene kan føre til at det dannes sprekker, noe som i stor grad forkorter delenes utmattelseslevetid. For eksempel kan titanlegeringsimplantater med porøsitet større enn 0,5 % mislykkes i å integreres med bein.
Problemer med teknologi:
Porer: Hvis laserintensiteten er for lav eller pulveret har for mye oksygen, kan det smeltede bassenget brytes opp.
Ikke nok fusjon: svak binding mellom lag, noe som fører til mikrolag.
Sprekk: En varm eller kald sprekk som oppstår når restspenning bygger seg opp.
Svare:
Varm isostatisk pressing (HIP): Materialet utsettes for mye trykk (100–200 MPa) og varme (900–1200 grader). Dette gjør at den endrer form, lukker indre porer og øker tettheten til over 99,9 %. For eksempel har HIP-behandling tredoblet utmattelseslevetiden til drivstoffinjektorer i LEAP-motorer laget av GE Aviation.
Lokal infiltrasjon: Vakuumimpregneringsmetoden fyller ut viktige områder av metall-baserte komposittmaterialer, noe som gjør den god til å feste strukturer med tynne vegger.
Laseromsmelting: Å gjøre en ny skanning på områder med overflate- eller indre defekter kan bidra til å forbedre kornet, men det kan også legge til nye termiske påkjenninger.
3. Håndtering av gjenværende stress: Systemteknikk for å kontrollere deformasjon
Når metall er 3D-printet, kan den termiske spenningen fra rask oppvarming og avkjøling nærme seg 50 % til 80 % av materialets flytegrense. Dette kan føre til at deler forvrenges, går i stykker eller endrer form. Restspenninger kan forårsake deformasjon på flere millimeter i store rammekonstruksjoner, noe som er betydelig over det som er akseptabelt.
Problemer med teknologi:
Ujevn spenningsfordeling: Komplekse geometriske former forårsaker store endringer i temperaturgradienter.
Substratbegrensningseffekt: Spenning bygges opp på punktet der komponenten møter underlaget, noe som lett kan forårsake delaminering mellom lag.
Utfordring for utskrift av flere-materialer: Det faktum at ulike materialer utvider seg med ulik hastighet gjør at stress bygges opp raskere.
Svare:
Før utskrift må du varme opp underlaget til mellom 200 og 500 grader Celsius for å redusere temperaturforskjellen. For eksempel har Precision-seriens maskiner fra Yunyao Shenwei en 500 graders substratforvarmingsfunksjon som reduserer sjansen for sprekker i trykte deler laget av titanlegering.
Optimalisering av skannestrategien: Bruk "øyskanning" eller "sjakkbrettskanning" for å spre varmetilførselen og forhindre at den blir for varm på ett sted.
Avspenningsgløding: Etter at utskrift er utført, utføres isolasjonsbehandling ved 600–700 grader for å kvitte seg med mer enn 80 % av spenningen som fortsatt er der.
4. Garanti for dimensjonsnøyaktighet: et skritt videre fra "omtrentlig støping" til "nettstøping"
Metall 3D-utskrift er normalt nøyaktig til innenfor ± 0,1 mm, men for deler som trenger å være veldig presise, som klokkegir, er det nødvendig med ytterligere maskinering. Men det er veldig vanskelig å jobbe med intrikate indre hulromsstrukturer, slike gitterstrukturer og standard fresing eller elektrisk utladningsmaskinering (EDM) kan skade den indre strukturen.
Problemer med teknologi:
Krympdeformasjon: Når metall kjøles ned, krymper det i volum, noe som gjør at dimensjonene endres.
Interferens fra bærende strukturer: Reststøtte gjør det vanskeligere å finne bearbeidingsreferanseplanet.
Tynne-vegger er ikke stive nok, derfor kan prosessering av vibrasjoner lett knekke verktøy.
Svare:
Utforme kompensasjon: Still inn krympingsmengden i CAD-modellen på forhånd (vanligvis mellom 0,2 % og 0,5 %) og sjekk rettelsen ved å skrive den ut flere ganger.
Fem-akse koblingsmaskinering: DMG MORIs LASERTEC 65 3D-utstyr er et eksempel på et multi-CNC-maskinverktøy som kan utføre både utskrift og fresing samtidig.
Elektrokjemisk bearbeiding (ECM) er en metode for å fjerne materialer uten å kreve mekanisk skjærekraft. Det er bra for presisjonsbearbeiding av tynne-veggede strukturer.
5. Kompatibilitet med flere materialer: problemet med funksjonelt graderte materialer
3D-utskrift av metall beveger seg sakte i retning av kompositt med flere-materialer for å møte behovene for lett vekt, korrosjonsbestandighet og konduktivitet. Men det faktum at forskjellige materialer har varierende smeltepunkter og termiske ekspansjonskoeffisienter betyr at bindingsstyrken mellom dem ikke er sterk nok, noe som raskt kan føre til delaminering eller sprekkdannelse.
Problemer med teknologi:
Kryss-kontaminering av pulver: Rester av pulver i rom for utskrift med flere materialer svekker renheten til materialene.
Prosessparameterkonflikt: varierende materialer må matches med varierende laserkraft, skannehastighet og andre innstillinger.
Ytelsen til grensesnittet blir dårligere: sprø faser oppstår raskt der ulike materialer møtes.
Svare:
Modulært pulvertilførselssystem: For eksempel har RESEARCH-seriens utstyr fra Yunyao Shenwei uavhengige pulverforsyningstanker som lar deg bytte mellom forskjellige lag med materiale.
Forbehandling av grensesnittet: Bruk laserrens eller plasmaspraying for å få grensesnittet til å feste seg bedre.
Numerisk simuleringsoptimalisering: Bruk ANSYS- eller COMSOL-programvare til å modellere hvordan de termiske og mekaniske egenskapene til forskjellige materialer samhandler under utskriftsprosessen. Dette vil hjelpe deg med å etablere de riktige parametrene.
6. Finne den rette balansen mellom kostnad og effektivitet: Det største problemet med stor-produksjon
Metall 3D-utskrift koster 30 % til 70 % av hele kostnaden for et produkt, og behandlingstiden er lang (typisk 2–5 ganger utskriftstiden), noe som gjør det vanskelig å bruke i masseproduksjon. For eksempel koster den tradisjonelle støpeprosedyren for en bilmotors sylinderblokk omtrent 500 yuan per stykke. Kostnaden for 3D-utskrift og etter-behandling kan på den annen side være mer enn 3000 yuan.
Problemer med teknologi:
Høye utstyrskostnader: Høy-bearbeidingssentre med fem-akser koster mer enn 5 millioner yuan, mens HIP-utstyr kan koste opptil 20 millioner yuan.
Prosesskjedelengde: Du må utføre en rekke trinn i rekkefølge, for eksempel oppvarming, kutting av tråd, fjerning av støtte, polering og polering igjen.
Lavt automatiseringsnivå: Manuelt arbeid er fortsatt nødvendig for etter-behandling av komplekse deler, noe som gjør det mindre effektivt.
Svare:
Smart integrasjon av produksjonslinjer: Bruk AGV-vogner til å koble til 3D-printere, varmebehandlingsovner og maskineringssentre slik at hele prosessen går automatisk. Platinum Technologys BLT-S800-utstyr tilbyr for eksempel innebygde-funksjoner for online deteksjon og adaptiv prosessering.
Additiv produksjon: For å kutte ned på antall stadier som kommer etter utskrift, synkroniser delvis maskinering under utskriftsprosessen. Mazaks INTEGREX i-400AM-maskiner kan bytte mellom laserkledning og fresing.
Digital prosessplanlegging: Bruke Siemens NX eller Magics programvare for å finne den beste maskineringsveien og kutte ned på inaktiv tid.