Metal 3D baskıya yönelik-işleme sonrası çözümünü hangi faktörler belirleyecek?

1. Malzeme özellikleri: Son-işleme için temel sınırlar
Metal 3D baskı malzemelerinin bileşimi, mikro yapısı ve termofiziksel özellikleri, işlem sonrası- işlemin teknik gidişatını ve işlem parametrelerini doğrudan belirler.
Malzemenin bileşimi ve faz geçişlerinin özellikleri
değişken metaller çok değişken faz geçiş sıcaklıklarına, termal genleşme katsayılarına ve oksidasyon hassasiyetlerine sahiptir. Örneğin, titanyum alaşımı (Ti6Al4V), 600 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda oksijenle reaksiyona girerek kırılgan bir oksit tabakası oluşturma eğilimindedir, bu nedenle ısıl işlemin vakum veya inert gaz ortamında yapılması gerekir. Nikel-bazlı yüksek-sıcaklık alaşımları (Inconel 718 gibi) birçok alaşım elementine sahiptir ve mukavemet ile tokluk arasında bir denge bulmak için çözelti işlemi (1 saat boyunca 980–1020 derece izolasyon) ve yaşlandırma işlemi (8 saat boyunca 720 derece izolasyon) yoluyla 'fazın çökelmesinin kademeli kontrolüne ihtiyaç duyarlar
Tozun yoğunluğu ve özellikleri
Basılı öğelerin başlangıç ​​yoğunluğu parçacıkların boyutundan, ne kadar iyi aktıklarından ve tozun ne kadar saf olduğundan etkilenir. Örneğin, parçacık boyutu 15-45 μm olan küresel tozla basılan alüminyum alaşımlı parçalar, %3 ila %5 arasında bir başlangıç ​​gözenekliliğine sahip olabilir. %99,9'dan daha yoğun hale gelmeleri için 1200 derecede ve 100 MPa'da sıcak izostatik presleme (HIP) yapılması gerekir. Nano ölçekli tozla basılan parçaların çok hızlı sinterlenmeleri nedeniyle iç gerilimden kurtulmak için yalnızca tavlanması gerekebilir.
Her yönde aynı olmayan kontrol
Metal 3D baskının katmanları üst üste istifleme şekli, ona anizotropik mekanik özellikler kazandırır. Örneğin, 316L paslanmaz çeliğin gerilme mukavemeti, yazdırma yönü boyunca (Z-ekseni) dikey yöne (XY ekseni) göre %10 ila %15 daha düşüktür. 2 saat boyunca 750 derecede tutmak ve ardından suyla söndürmek gibi ısıl işlemler, tanelerin yeniden kristalleşmesine, anizotropinin %5'e düşürülmesine ve yapısal parçaların tutarlı hale getirilmesine yardımcı olabilir.
2. İşlevsel gereksinimlerin bir kısmı: akılda bir hedefle-sonraki işlemler
İşlem sonrası-plan, parçaların sonuçta nasıl kullanılacağına çok odaklanmalı ve performans ölçümlerini buna göre geliştirmelidir.
Mekanik performansın iyileştirilmesi
Yüksek mukavemet ihtiyacı: Havacılık motoru türbin diski, 1000 derecelik aşırı sıcaklıklara ve 1000 MPa'lık gerilimlere dayanmalıdır. HIP+ısıl işlem kompozit yöntemiyle (1220 derece /150 MPa HIP, 1080 derece katı çözelti+720 derece yaşlanmadan sonra) çekme mukavemetinin 1200 MPa'yı aşacak şekilde yükseltilmesi gerekir.
Yüksek dayanıklılık standartları: Kalça protezi de dahil olmak üzere ortopedik implantların güçlü olması ve aşınma ve yıpranmaya dayanabilmesi gerekir. Tavlama (4 saat boyunca 700 derecede tutma ve ardından yavaşça soğutma) uzama oranını %15'ten %25'e çıkarabilir ve kırılgan kırılma riskini azaltabilir.
Korozyona karşı daha iyi direnç
Denizcilik mühendisliğinde kullanılan 316L paslanmaz çelik parçaların tuz püskürtme korozyonuna uzun süre dayanabilmesi gerekir. Tuz püskürtme direnç süresi, hem elektrokimyasal cilalama (yüzeydeki oksit tabakasını ortadan kaldıran) hem de anotlama (10 μm kalınlığında oksit kaplama oluşturan) kullanılarak 240 saatten 2000 saate artırılabilir. Bu, ISO 9227 standardının gerekliliklerini karşılar.
Yüzey kalitesinin iyileştirilmesi
Tüketici elektroniği sektörünün parçaların nasıl görünmesi gerektiği konusunda katı kuralları vardır. Yüzeyi daha az pürüzlü hale getirmek için, Ra0,2 μm veya daha düşük olana kadar birkaç adımda (kaba taşlama → ince taşlama → ayna parlatma) cilalanmaları gerekir. Tasarım standartlarını karşılayan tekdüze bir mat yüzey oluşturmak için aynı anda kumlama işlemi (200 mesh alümina kum parçacıkları) uygulanır.
3. Üretim sürecindeki kısıtlamalar: İşlemden sonra yapılabileceklerin sınırı
Yazdırma işleminin spesifikasyonları ve ekipmanın yetenekleri,-işleme sonrası teknolojilere yönelik seçenekleri hemen sınırlandırır.
Artık stresin kontrol edilmesi
Lazer toz yatağı eritme (LPBF) tekniği, çok hızlı soğuduğu için malzemenin akma dayanımının %70'ine kadar çıkabilen artık gerilimleri geride bırakır. Baskı yapıldıktan hemen sonra gerilim giderme tavlaması (500–600 derecede 2 saat yalıtım) yapılmalıdır. Aksi takdirde parçalar kesilirken veya işlenirken eğilebilir veya çatlayabilir. Elektron ışınıyla eritme (EBM) teknolojisi, alt tabakayı eritmeden önce 600 derecenin üzerine ısıttığı için daha az artık gerilime sahiptir. Bu,-sonraki işleme sürecini kolaylaştırır.
Destek yapısını ortadan kaldırmak
Havacılık motorlarındaki yanma odaları gibi karmaşık yapısal parçalara yönelik destek tasarımının, baskı sırasındaki stabilite ile baskı sonrası kullanım kolaylığı arasında bir uzlaşma bulması gerekiyor. Suda-çözünür destek malzemelerinin kullanılması bunların çıkarılmasını kolaylaştırabilir. Öte yandan, mekanik kesmenin neden olduğu yüzeye zarar vermemek için metal desteklerin tel kesme (± 0,05 mm hassasiyetle) veya kimyasal aşındırma (mikro yapılar için) ile işlenmesi gerekir.
Boyutsal doğruluk garantisi
Baskı katmanının kalınlığı (tipik olarak 20-100 μm) ve tarama yaklaşımı (dama tahtası taraması gibi) parçaların ne kadar hassas olduğunu etkiler. Karşılaşma yüzeyinde ± 0,02 mm'lik bir tolerans gerektiren parçalar için, ısıl işlemden sonra beş-eksenli bağlantı işleme (frezeleme ve taşlama gibi) gereklidir. Ancak basit yapısal parçalarda kumlama ve taşlama ile Ra3,2 μm yüzey hassasiyeti elde edilebilir.
4. Maliyet-fayda dengesi: işleme sonrasında dikkate alınması gereken ekonomik faktörler
İşlem sonrası-çözümü, maliyetleri düşürmekle performansı artırmak arasındaki en iyi dengeyi bulmalıdır.
Birim maliyetleri optimize etme
Çok sayıda tıbbi implant yapıldığında HIP tedavisi bunların daha uzun ömürlü olmasını sağlayabilir ancak birim başına maliyet %30 ila %50 oranında artar. Başlangıçtaki gözenekliliği azaltmak için yazdırma ayarlarını değiştirerek (lazer güç yoğunluğunu artırmak gibi), HIP işleme ihtiyaçları yarı yarıya azaltılabilir ve bu da büyük miktarda para tasarrufu sağlar.
Ekipman yatırımının geri dönüşü
Havacılık ve uzay işletmeleri, yüksek sıcaklığa dayanıklı alaşım parçalarını işlemek için HIP ekipmanına milyonlarca dolar harcamak zorunda kalıyor. Atıl durumdaki sabit varlıkların önüne geçmek için, uzman işlem sonrası-hizmet sağlayıcılarıyla çalışabilir ve parça başına ücret (parça başına işlem maliyeti) 500–2000 arasında alınabilir.
Döngünün verimliliğini artırmak
Araba kalıplarının "baskı+tavlama+hassas işleme" tekniğiyle yapılması 7 ila 10 gün sürüyor. Ancak ısıl işlem prosedürünü optimize ederek (örneğin sıcaklığı hızlı bir şekilde 750 dereceye çıkarmak ve orada bir saat tutmak) döngü 5 güne indirilebilir ve bu da teslimatı daha hızlı hale getirir.