Metalin-işleme sonrası 3D baskısında sık karşılaşılan zorluklar nelerdir?

1. Yüzey pürüzlülüğü kontrolü: "boş"tan "bitmiş ürüne" geçiş
Metal 3D baskı malzemeleri katmanlar halinde oluşturduğundan, yüzey genellikle 6 ila 12 μm arasında pürüzlülüğe (Ra değeri) sahip kademeli bir dokuya sahiptir. Bu, pürüzlülük değeri 0,8 ila 1,6 μm olan geleneksel işlemeden önemli ölçüde daha pürüzlüdür. Örneğin, uçak motoru kanatlarının soğutma kanalının iç duvarının pürüzlülüğü 3 μm'nin altında tutulmalıdır, aksi takdirde ısı transferinin etkinliği büyük ölçüde azalacaktır.
Teknolojiyle ilgili sorunlar:
Artık destek yapısı: Baskı sırasında nesnelerin şekil değiştirmesini önlemek için uygulanan destek yapısı, çıkarıldıktan sonra yüzeyde çukurlar veya tümsekler bırakabilir.
Toz yapışması: Toz parçacıkları tamamen erimediğinde yüzeye yapışır, buna "küreselleşme" denir.
Katmanlar arası bağlanma izleri: Lazer tarama yollarının kesiştiği yerde küçük tümsekler oluşabilir.
Cevap:
Kimyasal cilalama: Yüzey katmanını seçici olarak çözmek için asidik veya alkalin solüsyonlar kullanmak, onu 1 μm'den daha pürüzsüz hale getirebilir, ancak çok fazla korozyonu önlemek için onu solüsyonda ne kadar süre bekleteceğiniz konusunda çok dikkatli olmanız gerekir.
Kumlama işlemi: Yüzeye yüksek-hızlı kum akışıyla vurularak düzgün bir mat yüzey oluşturulur. Bu, karmaşık iç boşluk tasarımları için iyidir, ancak aynı zamanda yeni yüzey hataları da yaratabilir.
Elektrolitik parlatma: Bu yöntem, yüzeyi mikroskobik düzeyde düzeltmek için elektrokimyasal prensipleri kullanır. Ayna efekti sağlayabilir (Ra<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. İç kusurların düzeltilmesi: İşleri daha yoğun ve daha iyi hale getirmenin anahtarı.
Metal 3D baskılı parçaların iç kısmı genellikle %0,1 ila %5 arasında bir gözenekliliğe sahiptir. Bu küçük kusurlar çatlakların oluşmasına neden olabilir ve bu da parçaların yorulma ömrünü büyük ölçüde kısaltır. Örneğin gözenekliliği %0,5'in üzerinde olan titanyum alaşımlı implantlar kemikle bütünleşmede başarısız olabilir.
Teknolojiyle ilgili sorunlar:
Gözenekler: Lazer yoğunluğu çok düşükse veya tozda çok fazla oksijen varsa erimiş havuz parçalanabilir.
Yetersiz füzyon: katmanlar arasındaki zayıf bağ, mikro katmanlaşmaya yol açar.
Çatlak: Artık gerilim oluştuğunda meydana gelen sıcak veya soğuk çatlak.
Cevap:
Sıcak izostatik presleme (HIP): Malzeme çok fazla basınç (100–200 MPa) ve ısı (900–1200 derece) altına alınır. Bu onun şekil değiştirmesine, iç gözeneklerin kapanmasına ve yoğunluğunun %99,9'un üzerine çıkmasına neden olur. Örneğin HIP uygulaması, GE Aviation tarafından üretilen LEAP motorlarındaki yakıt enjektörlerinin yorulma ömrünü üç katına çıkardı.
Yerel sızma: Vakumlu emprenye yöntemi, metal-bazlı kompozit malzemelerin önemli alanlarını doldurarak, ince duvarlı yapıların sabitlenmesi için iyi bir yöntemdir.
Lazerle yeniden eritme: Yüzey veya iç kusurları olan alanlarda ikinci bir tarama yapmak, taneciklerin iyileştirilmesine yardımcı olabilir, ancak aynı zamanda yeni termal gerilimler de ekleyebilir.
3. Artık Gerilimi Yönetmek: Deformasyonu Kontrol Etmek için Sistem Mühendisliği
Metal 3D yazdırıldığında hızlı ısınma ve soğumadan kaynaklanan termal stres, malzemenin akma dayanımının %50 ila %80'ine yaklaşabilir. Bu, parçaların bozulmasına, kırılmasına veya şeklinin değişmesine neden olabilir. Artık gerilim, büyük çerçeve yapılarında birkaç milimetrelik deformasyona neden olabilir; bu, kabul edilebilir olanın oldukça üzerindedir.
Teknolojiyle ilgili sorunlar:
Düzensiz gerilim dağılımı: Karmaşık geometrik şekiller sıcaklık gradyanlarında büyük değişikliklere neden olur.
Alt tabaka kısıtlama etkisi: Gerilim, bileşenin alt tabakayla buluştuğu noktada oluşur ve bu da kolaylıkla katmanlar arası delaminasyona neden olabilir.
Çoklu-malzemeli baskı zorluğu: Çeşitli malzemelerin farklı oranlarda genleşmesi, gerilimin daha hızlı oluşmasını sağlar.
Cevap:
Yazdırmadan önce, sıcaklık farkını azaltmak için alt tabakayı 200 ila 500 santigrat derece arasına ısıtın. Örneğin Yunyao Shenwei'nin Precision serisi makineleri, titanyum alaşımından yapılmış baskılı parçalarda çatlama olasılığını azaltan 500 derecelik alt tabaka ön ısıtma özelliğine sahiptir.
Tarama stratejisini optimize etme: Isı girdisini yaymak ve tek bir yerde aşırı ısınmasını önlemek için "ada tarama" veya "satranç tahtası tarama"yı kullanın.
Gerilim giderme tavlaması: Baskı yapıldıktan sonra 600-700 derecede izolasyon işlemi yapılarak hala var olan gerilimin %80'inden fazlası giderilir.
4. Boyutsal doğruluk garantisi: "yaklaşık kalıplama"dan "net kalıplama"ya doğru bir adım
Metal 3D baskı normalde ± 0,1 mm hassasiyettedir ancak saat dişlileri gibi çok hassas olması gereken parçalar için daha fazla işleme gerekir. Ancak kafes yapıları gibi karmaşık iç boşluk yapılarıyla çalışmak çok zordur ve standart frezeleme veya elektrik deşarjlı işleme (EDM) iç yapıya zarar verebilir.
Teknolojiyle ilgili sorunlar:
Büzülme deformasyonu: Metal soğuduğunda hacmi küçülür ve bu da boyutların değişmesine neden olur.
Destekleyici yapılardan kaynaklanan engelleme: Artık destek, işleme referans düzleminin bulunmasını zorlaştırır.
İnce duvarlı-yapılar yeterince sert olmadığından, işleme titreşimleri aletleri kolayca kırabilir.
Cevap:
Telafi tasarlama: CAD modelindeki küçülme miktarını önceden ayarlayın (genellikle %0,2 ile %0,5 arasında) ve düzeltmeyi birden çok kez yazdırarak kontrol edin.
Beş-eksenli bağlantı işleme: DMG MORI'nin LASERTEC 65 3D ekipmanı, aynı anda hem yazdırma hem de frezeleme yapabilen çok-eksenli CNC takım tezgahının bir örneğidir.
Elektrokimyasal işleme (ECM), mekanik kesme kuvveti gerektirmeden malzemeleri kaldırma yöntemidir. İnce duvarlı yapıların-hassas işlenmesi için iyidir.
5. Çeşitli malzemelerle uyumluluk: işlevsel olarak derecelendirilmiş malzemelerle ilgili sorun
Metal 3D baskı, hafiflik, korozyon direnci ve iletkenlik ihtiyaçlarını karşılamak için yavaş yavaş çok-malzemeli kompozit yönüne doğru ilerliyor. Ancak farklı malzemelerin farklı erime noktalarına ve termal genleşme katsayılarına sahip olması, aralarındaki bağ kuvvetinin yeterince güçlü olmadığı anlamına gelir ve bu da hızla katmanlara ayrılmaya veya çatlamaya yol açabilir.
Teknolojiyle ilgili sorunlar:
Tozun çapraz-bulaşması: Birden fazla malzemeyle baskı yapmak için bölmelerde kalan toz, malzemelerin saflığını bozar.
İşlem parametresi çakışması: Değişen malzemelerin, değişen lazer gücü, tarama hızı ve diğer ayarlarla eşleştirilmesi gerekir.
Arayüzün performansı kötüleşiyor: farklı malzemelerin buluştuğu yerde hızlı bir şekilde kırılgan fazlar oluşuyor.
Cevap:
Modüler toz besleme sistemi: Örneğin, Yunyao Shenwei'nin RESEARCH serisi ekipmanı, farklı malzeme katmanları arasında geçiş yapmanıza olanak tanıyan bağımsız toz besleme tanklarına sahiptir.
Arayüzün ön işlenmesi: Arayüzün daha iyi yapışmasını sağlamak için lazer temizleme veya plazma püskürtme kullanın.
Sayısal simülasyon optimizasyonu: Baskı işlemi sırasında farklı malzemelerin termal ve mekanik özelliklerinin nasıl etkileşime girdiğini modellemek için ANSYS veya COMSOL yazılımını kullanın. Bu, doğru parametreleri belirlemenize yardımcı olacaktır.
6. Maliyet ve verimlilik arasında doğru dengeyi bulmak: Büyük-ölçekli üretimdeki en büyük sorun
Metal 3D baskı, bir ürünün toplam maliyetinin %30 ila %70'ine mal olur ve işlem süresi uzundur (genellikle baskı süresinin 2-5 katı), bu da seri üretimde kullanımını zorlaştırır. Örneğin, bir araba motorunun silindir bloğu için geleneksel döküm prosedürünün maliyeti parça başına yaklaşık 500 yuan'dır. Öte yandan, 3D yazdırma ve son-işlemenin maliyeti 3000 yuan'dan fazla olabilir.
Teknolojiyle ilgili sorunlar:
Yüksek ekipman maliyetleri: Yüksek-beş-eksenli işleme merkezlerinin maliyeti 5 milyon yuan'dan fazlayken, HIP ekipmanlarının maliyeti 20 milyon yuan'a kadar çıkabilir.
İşlem zinciri uzunluğu: Isıtma, tel kesme, desteği çıkarma, cilalama ve tekrar cilalama gibi bir takım adımları sırayla yapmanız gerekir.
Düşük düzeyde otomasyon: Karmaşık parçaların-sonradan işlenmesi için hâlâ manuel çalışmaya ihtiyaç vardır ve bu da onu daha az verimli hale getirir.
Cevap:
Üretim hatlarının akıllı entegrasyonu: Tüm sürecin otomatik olarak çalışması için 3D yazıcıları, ısıl işlem fırınlarını ve işleme merkezlerini bağlamak için AGV arabalarını kullanın. Örneğin, Platinum Technology'nin BLT-S800 ekipmanı, yerleşik-çevrimiçi algılama ve uyarlanabilir işleme yetenekleri sunar.
Eklemeli üretim: Baskıdan sonra gelen aşamaların sayısını azaltmak için, baskı işlemi sırasında kısmi işlemeyi senkronize edin. Mazak'ın INTEGREX i-400AM makineleri lazer kaplama ve frezeleme arasında geçiş yapabilir.
Dijital süreç planlaması: En iyi işleme yolunu bulmak ve boşta kalma süresini azaltmak için Siemens NX veya Magics yazılımını kullanma.