Son-işleme, metal 3D baskılı parçaların boyutsal doğruluğunu etkiler mi?

一, Son-işleme yöntemleri ile boyutların ne kadar doğru olduğu arasındaki bağlantı
Metal 3D baskı için üç ana son-işleme türü vardır: mekanik işleme, ısıl işlem ve yüzey işlemi. Farklı tekniklerin boyutsal doğruluğu etkileme şekli çok farklıdır.

1. Mekanik işleme: İşleri daha doğru hale getirmek için-iki ucu keskin bir kılıç
Boyut farklılıklarını düzeltmenin en basit yolu, CNC frezeleme, taşlama ve elektrik deşarjlı işleme gibi mekanik işlemlerdir. Örneğin, belirli bir uçak motoru türbin diski basıldıktan sonra, beş-eksenli bağlantı frezeleme, yuvarlaklık hatasını 0,1 mm'den 0,02 mm'ye düşürdü ve yüzey pürüzlülüğü Ra'yı 6,3 μm'den 1,6 μm'ye çıkardı. Ancak işleme doğruluğunu artırmak için ekipmanın performansını ve proses parametrelerini çok dikkatli bir şekilde kontrol edebilmeniz gerekir. Örneğin kesme derinliği çok derinse veya ilerleme hızı çok hızlıysa parçalar termal olarak deforme olabilir. Takım aşınmasının zamanında değiştirilmemesi işleme hatalarına neden olabilir. Örneğin, bir şirket taşlama çarkını zamanında değiştirmedi ve bu da bir dizi titanyum alaşımlı parçanın yüzeyinde dalgalanmaların oluşmasına neden oldu. Hurda oranı %15 olarak gerçekleşti.

2. Isıl İşlem: Gerilimin Boşaltılması ve Boyut Değişiklikleri Arasındaki Savaş
Tavlama, su verme ve çözelti işlemlerini içeren ısıl işlem, artık gerilimden kurtulmak için malzemenin mikro yapısını değiştirir. Ancak malzemenin boyutunu da etkileyebilir. Örneğin, katı çözelti ve yaşlandırma işleminden sonra IN718 yüksek-sıcaklık alaşımının 650 derecede ortalama kırılma ömrü 173 saate çıktı. Ancak düşey boyutlu büzülme oranı %0,3, yatay boyutlu büzülme oranı ise %0,15 olarak gerçekleşti. Bu eşit olmayan çekmenin ya tasarım telafisi (0,5 mm işleme marjı bırakmak gibi) ya da süreç optimizasyonu (kademeli söndürme gibi) ile düzenlenmesi gerekir. Tıbbi implant üreten bir işletme, ısıl işlem prosesi parametrelerini iyileştirerek 3D baskılı gözenekli titanyum alaşımlı protezin boyutunun yalnızca ± 0,05 mm kadar değişmesini sağladı; bu, klinik implant doğruluk standartları dahilindedir.

3. Yüzey işleme: mikro ve makronun boyutunu değiştirmek arasında bir denge bulmak.
Yüzey işleminin (kumlama, cilalama veya kimyasal cilalama gibi) amacı yüzeyi daha iyi hale getirmektir, ancak aynı zamanda boyutu birkaç mikrometre kadar değiştirebilir. Örneğin, araba parçaları üreten bir şirket, alüminyum alaşımlı su-soğutmalı kılıfları 3D olarak basmak için kimyasal cilalamadan yararlanıyor. Bu, 12 μm'den 0,8 μm'ye giderek yüzeyi daha az pürüzlü hale getirir, ancak aynı zamanda malzeme çözündüğü için iç boşluk çapını da 0,02 mm kadar küçültür. Şirket, yüzey kalitesini ve boyutsal doğruluğu dengelemek için "mekanik cilalama + kimyasal cilalama" kombinasyonunu kullanıyor. İlk olarak, mekanik cilalama büyük kusurları ortadan kaldırır ve ardından kimyasal cilalama, yüzeyi nano ölçekte değiştirir. Bu, boyut toleransını ± 0,01 mm dahilinde tutar.

2, Proses parametrelerinin kontrolü: Hassasiyetten emin olmanın en önemli kısmı
Boyutların doğru olduğundan emin olmak için,-işleme sonrası prosedürünün parametrelerini tam olarak kontrol edebilmeniz gerekir. Elektrokimyasal işleme (ECM), elektrokimyasal işlemler aracılığıyla malzemeleri katman katman çözerek mikron-altı doğruluğa ulaşabilir. Ancak elektrot aralığı, elektrolit konsantrasyonu ve darbe frekansı gibi parametrelerin sıkı bir şekilde eşleştirilmesi gerekir:

Elektrot boşluğu: Çok küçük bir boşluk kolaylıkla kısa devreye neden olabilir ve çok büyük bir boşluk işlemenin daha az verimli olmasına neden olabilir. Belirli bir şirket, elektrot aralığını gerçek zamanlı olarak takip ederek (10–50 μm olarak düzenlenmiştir), 3D baskılı nikel- bazlı alaşım türbin kanatlarının işleme hassasiyetini ± 0,005 mm'ye yükseltti.
Elektrolit konsantrasyonu: Konsantrasyon çok yüksekse malzemelerin çözünmesini hızlandırabilir, bu da boyut değişikliklerine neden olabilir. Konsantrasyon çok düşükse, düzensiz işlemeye neden olabilir. Bir araştırma ekibi elektrolit formülünü iyileştirerek (NaCl konsantrasyonunu %15 ile %20 arasında tutarak) 3D baskılı titanyum alaşımı bileşenlerin yüzey pürüzlülüğünü 3,2 µm'den 0,4 µm'ye çıkarırken boyut değişikliklerini ± 0,01 mm aralığında tuttu.
Darbe frekansı: Yüksek-frekanslı darbeler, işlem ısısının etkilerini azaltabilir, ancak aynı zamanda titreşim de oluşturabilirler. Düşük-frekanslı darbeler ise işlemeyi daha az verimli hale getirir. Belirli bir şirket, 3D baskılı paslanmaz çelik ürünleri işlemek için 10kHz darbe frekansı kullanıyor. Bu, üretimin verimli olmasını ve boyutların ± 0,008 mm dahilinde doğru olmasını sağlar.
3, Bir ücretlendirme stratejisi tasarlayın: hassas kontrol için "ileriye dönük-" bir düzenleme
Tasarım aşamasında, son-işlemenin boyut üzerindeki etkisini telafi etmek için belirli bir miktar paranın ayrılması gerekir. Örneğin bir uçağın belirli bir parçası için tasarım süreci aşağıdaki gibidir:

İlk tasarım: Parçanın geometrik şeklini anlamak ve önemli boyut toleranslarını (örneğin ± 0,05 mm) belirlemek için CAD modelini kullanın.
Sürecin simüle edilmesi: Isıl işlem sırasında meydana gelen gerilim dağılımını ve boyutsal büzülmeyi modellemek için sonlu elemanlar analizini (FEA) kullanın. Dikey büzülme oranının %0,3, yatay büzülme oranının ise %0,15 olmasını beklemelisiniz.
Telafi tasarlama: Önemli boyutlar için işleme payını 0,5 mm ve açısal yerler için kontur toleransını 0,05 mm artırın (0,02 mm'den 0,05 mm'ye).
İşleme sonrası doğrulama: Mekanik işlemden sonra parçanın gerçek boyutu ile tasarım boyutu arasındaki fark ± 0,01 mm içinde tutulur ve geçiş oranı %98'e kadar çıkar.
Ayrıca iç boşluk konstrüksiyonu söz konusu olduğunda, talaş kaldırma oranını ve telafi miktarını da düşünmeniz gerekir. Örneğin, 3D baskılı su-soğutmalı bir ceketin iç çapının, 0,1 mm'lik bir işleme payı ile 20 mm olması amaçlanmaktadır. Kumlama işleminden (0,02 mm/zaman malzeme kaldırma oranıyla) ve mekanik olarak cilalandıktan (0,05 mm/saat malzeme kaldırma oranıyla) sonra nihai iç çap, akışkanlar dinamiğinin gerektirdiği gibi 20,03 mm'de stabilize olur.

4, Endüstri Uygulaması: Hassas Kontrolün Örnek Bir Örneği
Havacılık endüstrisindeki bir şirket, "SLM baskı+sıcak izostatik presleme (HIP)+CNC işleme" tekniğini kullanarak roket motoru nozulları üretiyor. HIP işlemi iç gözenekleri ortadan kaldırır (gözenekliliği %5'ten %0,1'e düşürür) ve ardından CNC işleme, yüksek-basınç ve yüksek-sıcaklık ayarlarındaki sızdırmazlık ihtiyaçlarına uyacak şekilde meme boğazının çap hassasiyetini ± 0,005 mm dahilinde kontrol eder.
Tıp alanında, bir ortopedi şirketi 3D-baskıyla titanyum alaşımından kalça eklemi protezi üretti. "Tavlama işlemi + kimyasal parlatma" yöntemi kullanılarak yüzey pürüzlülüğü 0,2 μm'ye düşürüldü ve iç gerilim giderildi. Boyut değişimi ± 0,02 mm dahilinde tutuldu; bu, bakteriyel yapışma tehlikesini ve ameliyat sonrası sorunları büyük ölçüde azalttı.
Otomobil endüstrisinde bir şirket, "3D baskı su soğutma kılıfı + elektrokimyasal işleme" teknolojisini kullanarak yeni enerji araç aküsü soğutma plakaları üretiyor. Elektrokimyasal işleme, boyut toleransını ± 0,01 mm'de tutarken iç boşluğun yüzey pürüzlülüğünü 6,3 μm'den 0,4 μm'ye düşürür. Bu, soğutmayı %15 daha verimli hale getirir.