Geleneksel eksiltici imalattan yeni ortaya çıkan eklemeli imalata kadar, farklı metal imalat ve işleme yöntemleri, nihai ürünün malzeme yapısı ve mekanik özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Geleneksel üretim yöntemlerinin metallerin mekanik özellikleri üzerindeki etkisi geniş çapta kabul görmüştür, ancak eklemeli üretim süreçleri ile ürün özellikleri arasındaki ilişki oldukça karmaşıktır ve araştırma alanında önemli bir konudur.
Pek çok çalışma arasında, 3D baskı işleminin kesintiye uğramasının metal katkılı olarak üretilen parçaların mikroyapısı ve özellikleri üzerindeki etkisi niş bir konudur. Katmanlı üretim prosesleri, katı eritme ve katılaştırma gereksinimleri ile sürekli olarak katman katman baskı malzemesine dayanır. Baskı işlemi kesintiye uğradığında, katman içindeki bağ gücünü ve kusur oluşumunu kontrol eden termodinamik bozulur. Katmanlı üretim süreçlerindeki kesintilerin, metal parçaların tek tip mikro yapısının ve mekanik özelliklerinin gelişimini tehlikeye atarak katmanlar arası yapışmayı etkilemesi beklenir.
Proses kesintilerini hesaba katmadan bile, boyutsal doğruluk ve malzeme özellikleri açısından metal katkılı imalatta iyileştirme için açık bir alan vardır. 3D baskı sırasında, katılaşma kinetiği ve katmanlar arası birleştirme, parçanın termal gradyanlar, soğutma oranları ve termal döngü tarafından yönetilen tane yapısını ve mekanik özelliklerini belirler. 3D baskı için füzyon sürecini kontrol etmek zor olsa da, bu faktörler sürekli ve kesintisiz biriktirme ve termal kontrol yoluyla optimize edilebilir.
Ancak, 3D baskı üretimi sırasında, izleme öğelerini (sensörler, aktüatörler ve enerji toplama cihazları gibi), malzemeleri yenileme, üretim programlarını değiştirme vb. olası ihtiyaç nedeniyle süreç kesintileri meydana gelebilir. Ayrıca, süreç kesintileri de meydana gelebilir Elektrik kesintileri ve makine arızaları nedeniyle. Baskı işlemi kesintiye uğradığında, yazdırılan parça yavaş yavaş soğuyacak ve termal döngüdeki kesintiler ve düzensiz termal gradyanlar nedeniyle kusurların ve homojen olmayan mikro yapıların ortaya çıkmasına neden olacaktır. Sonuç olarak, nihai ürünün mekanik özellikleri tehlikeye girer. Olası kusurlar arasında füzyon eksikliği, anahtar deliği çökmesi, gözeneklilik, katılaşma çatlaması, katı hal çatlaması, zayıf tabakalar arası/yüzey bağ gücü, eksik bağlayıcı ayrışması vb. sayılabilir.
Süreç kesintilerinin 3D baskı parçalarının genel performansı üzerindeki etkisi
Çoğu metal 3D baskı işlemi için, işlem kesintileri, "işlem işaretleri" olarak adlandırılan eklemlerde görünür renklerle ortaya çıkar. İncelenen örneklerin kesintiye uğrayan bölgelerinde hem ısıl etkilerden dolayı renk değişimleri hem de parçada kusurlar mevcuttur. Görünür kusurlar, proses kesinti hatları boyunca devam edebilir ve numunelerin mekanik özelliklerini olumsuz yönde etkilemesi beklenir. Numuneleri ve dilimlenmiş numuneleri daha fazla incelemek için, proses kesintisinden önce ve sonra malzeme yapısı ve mekanik özelliklerdeki potansiyel değişiklikleri daha fazla değerlendirmek için NDT deneyleri yapıldı.
Ürdün Üniversitesi'nden araştırmacılar, ark teli katkılı imalat sırasında proses kesintilerini araştırdı. Araştırma nesnesi olarak 130×17×150mm parçalar aldılar ve baskı için Ti-6Al-4V kullandılar. 8 saat ve kalıplamadan sonra yükseklik 120 mm'ye ulaştı, baskıya ara verildi ve 6 saatlik ölü sürenin ardından baskı işlemine devam edildi. Bu süre zarfında, kalıplanmış parça oda sıcaklığına soğur.
Araştırmacılar tarafından basılan örnekler analiz için kesilebilir
Parçanın termal geçmişindeki farklılıklar, tane yapısının oluşumunu etkilemiş olabilir. Normal ve kesintili üretim süreci bölgelerindeki mikro yapı arasındaki temel fark, tanelerin boyutudur. Numunelerin tane boyutu normal proses koşullarında oldukça muntazam iken, prosesin kesintiye uğradığı bölgeden alınan numunelerin tane boyutları üniform değildi. Normal süreç ve kesintili süreç bölgelerindeki doku ve tane boyutu farklılıkları, mikroskobik değerlendirmenin ana bulgularıydı. Ek olarak, daha önce biriktirilen katmanların koşullarının etkileşimi ve yeni biriktirme işleminin etkileşimi nedeniyle, katılaşma koşulları (kaynak havuzu şekli ve büyüme hızı gibi), termal gradyanlar ve soğutma hızları değişmiş olabilir ve kusur oluşturma mekanizması da etkilenecektir.
Proses kesinti hatlarında görünür kusurlar
Rezonans ultrasonik spektroskopi ile yapılan testler, parça bütünlüğünde önemli değişiklikleri ortaya çıkardı; nanomekanik özelliklerin test edilmesi, işlemin kesintiye uğradığı alanlarda Young modülü ve sertlik değerlerinde bir azalma buldu; X-ray bilgisayarlı tomografi, kesintiye uğrayan alanlarda bulunan kusurların sayısını diğer bölgelere göre daha fazla ve daha büyük boyutta ortaya çıkardı; önemli sinyal zayıflaması ve geri saçılma, ultrason sinyalinde gösterilir.
İşlemin yarıda kesildiği bölgenin CT görüntüsü
Malzeme özelliklerinin test edilmesi, proses kesintisinin parçanın birincil malzeme ve mekanik özellikleri üzerinde önemli bir etkisi olduğu sonucuna varmıştır. Kesintili alanda veya sonrasında üretilen numunelerin tane yapısı, dokusu ve kusur seviyeleri, herhangi bir işlem kesintisi yaşamamış veya daha önce basılmış numunelerden farklı görünüyordu. Özellikle kesintili bölgede parçanın mukavemeti ve bütünlüğü daha düşüktür; ve kesintili bölgedeki kusurların boyutu ve dağılımı çok daha yüksektir.
Süreç kesintileri, 3D baskının yeniden üretimine ve onarımına ilham veriyor
Çatlaklar ve gözeneklilik gibi kusurların boyutu ve dağılımının, eklemeli olarak üretilmiş parçaların yapısal bütünlüğünü ve malzeme özelliklerini önemli ölçüde değiştirdiği gösterildiğinden, bozulma alanı, genel yapının güvenliğini etkileyen kritik bir alan olabilir. Bu, özellikle bir yeniden üretim süreci veya eklemeli imalat kullanılarak yapılan onarım gibi bir tür süreç kesintisi düşünüldüğünde özellikle önemlidir.
Bu nedenle, bu bileşenler havacılık, medikal ve nakliye uygulamalarında kritik bileşenler olarak kullanıldığında, bu bileşenlerin kalite güvence süreci daha sıkı kalite testlerine ve tahribatsız testlere tabi olabilir. Proses kesinti bölgelerindeki önem ve hata dağılımı, bazı üretim öncesi ve sonrası işlemlerle azaltılabilir. Bir kesintiden sonra süreci yeniden başlatmadan önce parçanın üretim sıcaklığına ön ısıtması, termal şok ve stresin etkilerini azaltır ve kusur ve çatlakların gelişimini azaltır. Son işleme açısından, ısıl işlem süreçleri veya sıcak izostatik presleme (HIP) gibi çeşitli çözümler, parça bütünlüğünü ve performansını iyileştirmeye yardımcı olabilir. Bu önerilen hususlar, nihai montajın kalitesi üzerindeki tam uygunluğunu ve etkisini belirlemek için gelecekteki çalışmalarda araştırılmalıdır.