3D baskılı tüm metal parçaların sonradan-işlemeye tabi tutulması gerekiyor mu?

1. Teknik prensip: Eklemeli üretimde "Doğuştan kusurlar" ve bunları-sonraki işlemlerde düzeltmenin bir yolu
Metal 3D baskının arkasındaki temel fikir "katman katman istifleme"dir. Bu, üç-boyutlu bir şekil oluşturmak için metal tozunun bir lazer veya elektron ışınıyla eritilmesi anlamına gelir. Bu işlem hiçbir maliyet gerektirmeden karmaşık geometrik yapılar oluşturabilse de her zaman aşağıdaki teknik sorunları beraberinde getirecektir:

Yüzeyde çok fazla pürüzlülük: Baskılı katmanlar arasındaki eriyik havuzunun katılaşma işaretleri, yüzey pürüzlülüğünü (Ra değeri) geleneksel işlemeye göre daha yüksek hale getiren bir "adım etkisi" yaratır. Örneğin, titanyum alaşımlı 3D baskılı parçaların yüzey pürüzlülüğü Ra 10–20 μm olabilirken uçak motoru bıçaklarının yüzey pürüzlülüğü Ra'nın 0,8 μm'den az veya ona eşit olması gerekir.
Artık gerilimin oluşması: Bir parçayı hızlı bir şekilde ısıtıp soğutursanız, parçanın içinde çekme gerilimi üretilebilir ve bu da parçanın bükülmesine, bozulmasına veya çatlamasına neden olabilir. Bir havacılık yapısal bileşen projesine ilişkin bir örnek olay çalışması, işlenmemiş 3D baskılı titanyum alaşımlı parçaların frezeleme sonrasında 1,2 mm'ye kadar bükülebildiğini göstermektedir; bu, tasarım toleransının çok üzerindedir.
Mikro yapıdaki kusurlar: Parçalardaki gözeneklilik ve füzyon eksikliği gibi mikro kusurlar, toz metalurjisi şekillendirme çalışma şeklinden kaynaklanır. Araştırma verileri, SLM tekniğiyle üretilen alüminyum alaşımlı bileşenlerin gözenekliliğinin %0,5 ila %2'ye ulaşabildiğini, bu da yorulma ömrünü önemli ölçüde azalttığını gösteriyor.
İşlem sonrası-teknoloji, listelenen sorunları belirli bir şekilde çözmek için fiziksel, kimyasal veya termodinamik yöntemler kullanır:

Mekanik işleme: Beş-eksenli bir CNC makinesi, önemli yüzeyleri Ra 0,4 μm'nin altında olacak kadar pürüzsüz hale getirebilir.
Isıl işlem, artık gerilimlerden kurtulma ve tane yapısını iyileştirme işlemidir. Tavlama ve çözelti işlemi bunun iki örneğidir. Örneğin, ısıl işlem sonrasında belirli bir otomobildeki turboşarj parçasının kalan gerilimi %75 oranında azalırken, boyutların stabilitesi de %30 oranında artıyor.
Sıcak izostatik presleme (HIP): %100'e yakın bir malzeme yoğunluğu elde etmek için gözeneklerin yüksek basınç ve sıcaklığa sahip bir ortamda sıkıştırılması. Havacılık ve uzay endüstrisinde HIP uygulamasının parçaların yorulma ömrünü iki veya üç katına çıkardığı bulunmuştur.
2. Kalite gereksinimi: "kullanılabilir"den "güvenilir"e geçiş
3D baskılı metal parçaların kullanılacağı yerlerin kalite kriterleri doğrudan bu parçaların-sonraki işleme ihtiyaçlarına bağlıdır. Son-işleme, aşağıdaki durumlarda gerekli bir adım haline gelmiştir:

Yüksek hassasiyet alanı: Tıbbi implantlar ISO 13485 tıbbi standardını karşılamalı ve bakterilerin onlara yapışmasını önlemek için yüzey pürüzlülüğü Ra 0,8 m'de tutulmalıdır. Herhangi bir iç kusur olmadığından emin olmak için uçak motoru kanatlarının CT taraması gibi onlara zarar vermeyecek şekilde test edilmesi gerekir. Gözeneklilik %0,1'den az olmalıdır.
Dinamik yük ortamı: Arabalardaki dişliler, miller ve diğer parçalar gibi parçaların değişen stresle başa çıkabilmesi gerekir. Artık gerilim konsantrasyonu, işlenmemiş 3D baskılı parçaların yorulma ömrünü %50'den fazla azaltabilir.
Denizcilik mühendisliği parçalarının korozyona- dayanıklı olması için tuz püskürtme testini (ASTM B117 standardı gibi) geçmesi gerekir. Eloksal ve elektrokaplama gibi yüzey işlemleri, parçaları korozyona karşı on kat daha dayanıklı hale getiren koruyucu bir film sağlayabilir.
Ancak her durum çok fazla-sonradan işleme ihtiyaç duymaz. Örneğin,

Prototip doğrulama aşaması: Geliştirme döngüsünü hızlandırmak için hassas işleme, işlevsel testler için kullanılan-kritik olmayan öğeleri dışarıda bırakabilir. Bir tüketici elektroniği şirketi, hızlı bir şekilde kabuk prototipleri üreterek, tasarımda değişiklik yapmak için gereken süreyi 6 haftadan 2 haftaya düşürdü.
İç kısmı oluşturan parçalar: Gömülü elemanlar veya birbirine değmeyen yüzeyler genel performansı etkilemiyorsa orijinal yüzey korunabilir. Belirli bir uçak motorundaki yakıt boru hattı braketi, alanın yalnızca %40'ının yeniden işlenmesini gerektirecek şekilde iyileştirildi.
Özel malzemelere yönelik sistem: Homojen mikro yapıları nedeniyle, yüksek entropili alaşımlar da dahil olmak üzere bazı yeni alaşımlardan yapılan 3D baskılı parçalar performans kriterlerini hemen karşılayabilir. Çalışmalar, belirli bileşimlere sahip CoCrFeNi alaşım bileşenlerinin, baskı sonrası ısıl işleme gerek kalmadan aşınma direnci kriterlerini karşılayabildiğini göstermiştir-.
3, Maliyet ve Verimlilik: İşleme Sonrasının "Ekonomik Sınırı"
İşlem sonrası-işlemeyi seçerken, daha iyi performans ile daha yüksek maliyetler arasında bir denge bulmanız gerekir. Örneğin bir uçağın yapısının belirli bir kısmına yönelik bir projeye bakalım:

Doğrudan baskı maliyeti: Parçaların basılması 120 saat sürüyor ve ekipman ve tozun maliyeti yaklaşık 80.000 yuan.
İşlem sonrası maliyeti; ısıl işlem için 20.000 yuan, CNC hassas işleme için 30.000 yuan ve test için 10.000 yuan olmak üzere toplam 60.000 yuan'dır.
Kapsamlı avantajlar: Son-işleme, parçaların yeterlilik oranını %65'ten %92'ye çıkardı, birim maliyeti 123.000 yuan'dan 109.000 yuan'a düşürdü ve uçuşa elverişlilik sertifikasyonu gerekliliklerini karşıladı.
Sektörde, sonradan işlemenin "ekonomik sınırı"-aşağıdakilere bağlıdır:

Parça karmaşıklığı: Yapı ne kadar karmaşıksa işlenmesi de o kadar zor ve pahalı olur. Örneğin, dahili bir akış kanalına sahip bir türbin diskinden desteği çıkarmak için, telin elektrik deşarjı ile kesilmesinin her bir parçasının maliyeti 50.000 yuan'den fazladır.
Toplu ölçeklendirme: İşleri küçük gruplar halinde yaparken,-sonraki işlemenin maliyeti çok fazla yayılır; İşleri büyük ölçekte yaparken süreç optimizasyonu birim başına maliyeti düşürebilir. Belirli bir otomobil şirketi, tipik-sonraki işleme yöntemlerini kullanarak bir ürünün fiyatını 150 yuan'dan 80 yuan'a düşürdü.
Performans fazlalığı: Tasarım performansta bazı değişikliklere izin veriyorsa, işlemden sonra gereken adım sayısını azaltabilir. Örneğin, belirli bir takım fikstürü, tolerans aralığını değiştirerek ve ısıl işlem adımından kurtularak teslimat süresini %40 oranında kısaltıyor.