Какви са често срещаните трудности при пост{0}}обработка на метален 3D печат?

1. Контрол на грапавостта на повърхността: преминаване от "заготовка" към "завършен продукт"
Тъй като металният 3D печат изгражда нещата на слоеве, повърхността има стъпаловидна текстура с грапавост (стойност Ra), която обикновено е между 6 и 12 μm. Това е значително по-грубо от традиционната механична обработка, която има стойност на грапавостта от 0,8 до 1,6 μm. Например, грапавостта на вътрешната стена на охлаждащия канал за лопатките на авиационни двигатели трябва да се поддържа под 3 μm, в противен случай това значително ще намали ефективността на преноса на топлина.
Проблеми с технологията:
Остатъчна поддържаща структура: Поддържащата структура, която се прилага по време на печат, за да предпази нещата от промяна на формата, може да остави вдлъбнатини или неравности по повърхността, след като бъде свалена.
Адхезия на прах: Когато частиците на праха не се стопят напълно, те залепват за повърхността, което се нарича "сфероидизация".
Следи от междинно свързване: Могат да се образуват малки неравности, където се пресичат пътищата на лазерно сканиране.
отговор:
Химическо полиране: Използването на киселинни или алкални разтвори за селективно разтваряне на повърхностния слой може да го направи по-гладък от 1 μm, но трябва много да внимавате колко дълго го оставяте в разтвора, за да избегнете твърде много корозия.
Пясъкоструйна обработка: Равномерна матова повърхност се създава чрез удряне на повърхността с високо{0}}скоростен пясъчен поток. Това е добре за сложни дизайни на вътрешни кухини, но също така може да създаде нови повърхностни дефекти.
Електролитно полиране: Този метод използва електрохимични принципи за изравняване на повърхността на микроскопично ниво. Може да осигури огледален ефект (Ra<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. Коригиране на вътрешни дефекти: ключът към правенето на нещата по-плътни и по-добри.
Вътрешността на металните 3D отпечатани части обикновено има порьозност от 0,1% до 5%. Тези малки дефекти могат да причинят образуване на пукнатини, което значително съкращава живота на частите от умора. Например импланти от титанова сплав с порьозност над 0,5% може да не успеят да се интегрират в костта.
Проблеми с технологията:
Пори: Ако интензитетът на лазера е твърде нисък или прахът има твърде много кислород, разтопената вана може да се разпадне.
Недостатъчно сливане: слабо свързване между слоевете, което води до микро наслояване.
Пукнатина: Гореща или студена пукнатина, която се получава при натрупване на остатъчно напрежение.
отговор:
Горещо изостатично пресоване (HIP): Материалът се подлага на голямо налягане (100–200 MPa) и топлина (900–1200 градуса). Това го кара да променя формата си, затваря вътрешните пори и повишава плътността си до над 99,9%. Например обработката с HIP утрои живота на горивните инжектори в двигателите LEAP, произведени от GE Aviation.
Локална инфилтрация: Методът на вакуумно импрегниране запълва важни зони от метал-композитни материали, което го прави подходящ за фиксиране на конструкции с тънки стени.
Лазерно претопяване: Извършването на второ сканиране на зони с повърхностни или вътрешни дефекти може да помогне за подобряване на зърното, но също така може да добави нови топлинни напрежения.
3. Управление на остатъчното напрежение: Системно инженерство за контролиране на деформацията
When metal is 3D printed, the thermal stress from quickly heating and cooling can approach 50% to 80% of the material's yield strength. This can cause parts to distort, break, or change shape. Residual stress can induce deformation of several millimeters in big frame constructions, which is considerably above what is acceptable.
Проблеми с технологията:
Неравномерно разпределение на напрежението: Сложните геометрични форми причиняват големи промени в температурните градиенти.
Ефект на ограничаване на субстрата: Напрежението се натрупва в точката, където компонентът се среща със субстрата, което може лесно да причини разслояване на междинния слой.
Предизвикателство при много{0}}печатане на материали: Фактът, че различните материали се разширяват с различна скорост, прави напрежението да се натрупва по-бързо.
отговор:
Преди печат загрейте субстрата до между 200 и 500 градуса по Целзий, за да намалите температурната разлика. Например, машините от серията Precision от Yunyao Shenwei имат функция за предварително нагряване на субстрата от 500 градуса, която намалява вероятността от напукване на отпечатани части, изработени от титанова сплав.
Оптимизиране на стратегията за сканиране: Използвайте "островно сканиране" или "сканиране на шахматна дъска", за да разпределите входящата топлина и да не стане твърде горещо на едно място.
Отгряване за облекчаване на напрежението: След приключване на отпечатването, изолационната обработка се извършва при 600–700 градуса, за да се отървете от повече от 80% от напрежението, което все още съществува.
4. Гаранция за точност на размерите: стъпка напред от "приблизително формоване" към "мрежово формоване"
Металният 3D печат обикновено е с точност до ± 0,1 мм, но за детайли, които трябва да бъдат много прецизни, като часовникови зъбни колела, е необходима допълнителна обработка. Но е много трудно да се работи със сложни структури на вътрешни кухини, такива решетъчни структури и стандартно фрезоване или обработка с електрически разряд (EDM) може да нарани вътрешната структура.
Проблеми с технологията:
Деформация на свиване: Когато металът се охлади, той се свива в обем, което води до промяна на размерите.
Намеса от носещи конструкции: Остатъчната опора прави по-трудно намирането на референтната равнина на обработка.
Конструкциите с тънки-стени не са достатъчно твърди, поради което вибрациите при обработка могат лесно да счупят инструментите.
отговор:
Проектиране на компенсация: Задайте количеството на свиване в CAD модела предварително (обикновено между 0,2% и 0,5%) и проверете корекцията, като я отпечатате няколко пъти.
Пет{0}}осева механична обработка: LASERTEC 65 3D оборудването на DMG MORI е пример за много-осна машина с ЦПУ, която може да прави както печат, така и фрезоване едновременно.
Електрохимичната обработка (ECM) е метод за отстраняване на материали, без да се изисква механична сила на рязане. Добър е за прецизна обработка на тънко{1}}стенни конструкции.
5. Съвместимост с няколко материала: проблемът с функционално степенуваните материали
Металният 3D печат бавно се придвижва към посоката на много-композитен материал, за да отговори на нуждите от леко тегло, устойчивост на корозия и проводимост. Но фактът, че различните материали имат различни точки на топене и коефициенти на топлинно разширение означава, че силата на връзката между тях не е достатъчно силна, което може бързо да доведе до разслояване или напукване.
Проблеми с технологията:
Кръстосано-замърсяване на прах: Остатъчният прах в отделенията за печат с множество материали влошава чистотата на материалите.
Конфликт на параметрите на процеса: различните материали трябва да бъдат съчетани с различна лазерна мощност, скорост на сканиране и други настройки.
Работата на интерфейса се влошава: крехките фази възникват бързо, когато се срещат различни материали.
отговор:
Модулна система за подаване на прах: Например оборудването от серията RESEARCH от Yunyao Shenwei има независими резервоари за подаване на прах, които ви позволяват да сменяте различни слоеве материал.
Предварителна обработка на интерфейса: Използвайте лазерно почистване или плазмено пръскане, за да направите интерфейса по-добър.
Оптимизиране на числена симулация: Използвайте софтуера ANSYS или COMSOL, за да моделирате как термичните и механичните свойства на различните материали си взаимодействат по време на процеса на печат. Това ще ви помогне да установите правилните параметри.
6. Намирането на точния баланс между цена и ефективност: Най-големият проблем при широко{1}}производството
Металният 3D печат струва 30% до 70% от цялата цена на продукта, а времето за обработка е дълго (обикновено 2–5 пъти повече от времето за печат), което го прави труден за използване в масово производство. Например, традиционната процедура за отливане на цилиндровия блок на автомобилен двигател струва приблизително 500 юана на парче. Цената на 3D печат и последваща-обработка, от друга страна, може да бъде повече от 3000 юана.
Проблеми с технологията:
Високи разходи за оборудване: Пет{1}}обработващите центрове от висок-клас струват повече от 5 милиона юана, докато HIP оборудването може да струва до 20 милиона юана.
Дължина на веригата на процеса: Трябва да направите редица стъпки в ред, като нагряване, рязане на тел, премахване на опора, полиране и отново полиране.
Ниско ниво на автоматизация: Все още е необходима ръчна работа за последваща{0}}обработка на сложни части, което я прави по-малко ефективна.
отговор:
Интелигентна интеграция на производствени линии: Използвайте AGV колички за свързване на 3D принтери, пещи за термична обработка и машинни центри, така че целият процес да работи автоматично. Например оборудването BLT-S800 на Platinum Technology предлага вградени-възможности за онлайн откриване и адаптивна обработка.
Адитивно производство: За да намалите броя на етапите, които идват след отпечатването, синхронизирайте частичната машинна обработка по време на процеса на отпечатване. Машините INTEGREX i-400AM на Mazak могат да превключват между лазерно облицоване и фрезоване.
Дигитално планиране на процеси: Използване на Siemens NX или софтуер Magics за намиране на най-добрия път на обработка и намаляване на времето на престой.