Metal 3D baskılı parçaların nihai kalitesini neden-sonraki işlemler belirliyor?

1. Metalurjik kusurların düzeltilmesi: "gevşek ve gözenekli"den "yoğun ve kusursuz"a
Metal 3D baskının çok küçük düzeyde kendine özgü kusurları vardır çünkü çabuk erir ve katılaşır.

Gözeneklik sorunu: SLM (Seçici Lazer Eritme) işleminde, tozun tam olarak erimemesi veya gazın sıkışması durumunda parçanın içinde mikro gözenekler oluşabilmektedir. Bu, gözeneklilik %0,5 ila %1 arasında olduğunda meydana gelebilir. Bu gözenekler yorulma çatlaklarının meydana geldiği ilk yer olacak ve bu da parçaların kırılmasını çok daha az zorlaştıracaktır. Örneğin, belirli bir uçak motorunun türbin kanatlarının ortalama kırılma ömrü, sonradan işlem görmedikleri takdirde 650 derece ve 690 MPa'da yalnızca 13 saattir. Ancak sıcak izostatik presleme (HIP) işleminden sonra kırılma ömrü 131 saate yükseldi ve bu da tasarım gerekliliklerini karşıladı.
Artık gerilimi kontrol etmek: Baskı sırasında malzemenin eşit olmayan şekilde soğutulması, parçanın içinde artık gerilimin oluşmasına neden olabilir, bu da parçanın bükülmesine, kırılmasına veya birbirine uymamasına neden olabilir. Örnek olarak Ti6Al4V titanyum alaşımındaki artık gerilim, köşelerdeki akma dayanımından daha yüksek olabilir. Tavlanmazsa, sonraki işleme sırasında "kenar patlaması" olayının meydana gelmesi muhtemeldir; 800-900 derecede tavlama, işleme stabilitesini önemli ölçüde artırır.
İşlem sonrası-önemli adımlar:

Sıcak izostatik presleme (HIP): Malzemeler çok yüksek sıcaklıklara (tipik olarak 900 ila 1200 derece arasında) ve çok yüksek basınçlara (100 ila 200 MPa) ısıtıldığında, iç delikleri kapanır ve bu da onları neredeyse iki kat daha yoğun hale getirir.
Gerilimi azaltmak için tavlama: Tutma döngülerini yavaşça ısıtıp soğutarak boyutları daha stabil hale getirmek için artık gerilimler boşaltılır. Örneğin AlSi10Mg alüminyum alaşımlı parçalarda 300 dereceye kadar ısıtıldıktan sonra artık gerilim %80 oranında kesilir ve deformasyon 0,1 mm dahilinde tutulur.
2. Performansı Artırma: "Anizotropi"den "Çok Yönlü Denge"ye
Metal 3D baskının katmanlar arası istifleme nitelikleri, mekanik özelliklerinin farklı yönlerde farklı olmasına (anizotropi) neden olur. İşlem sonrası-dokuyu kontrol ederek performansı dengeleyebilir:

Tane incelmesi: Malzemenin esnekliği ve dayanıklılığı, madde baskıdan sonra hızla soğuduğunda gelişen kaba sütunlu kristaller nedeniyle azaltılabilir. Tane incelmesi ve güçlendirme fazlarının çökelmesi, çözelti işlemiyle (Inconel 718 yüksek-sıcaklık alaşımının 1080 derece çözelti işlemi gibi) ve yaşlandırma işlemiyle (550 derecede 8 saat yaşlandırma) hızlandırılabilir. Bu, çekme mukavemetini 1300 MPa'nın üzerine çıkarabilir.
Sertliğin arttırılması: Söndürme işlemi malzemeyi hızlı bir şekilde soğutarak yüzeyi çok daha sert hale getiren martensitik bir yapı oluşturur. 1050 derecede su verme sonrasında 316L paslanmaz çelik parçaların sertliği 180HV'den 350HV'ye çıkar ve parçalar aşınmaya karşı üç kat daha dayanıklıdır.
İşlem sonrası-önemli adımlar:

Isıl işlem paketi: Ti6Al4V için "800 derece tavlama+550 derece yaşlandırma" gibi, her malzeme için özel bir "tavlama+çözelti+yaşlandırma" yöntemi, hem mukavemeti hem de tokluğu aynı anda geliştirebilir.
Parçanın yüzeyinin nitrürleme ve karbürleme gibi kimyasal yöntemlerle ısıtılmasıyla aşınmaya karşı daha dirençli hale getiren sert bir kaplama üretilir. Nitrasyon işleminden sonra dişli parçalarının yüzey sertliği 600HV'yi aşabilir ve parçalar beş kat daha uzun süre dayanabilir.
3, Boyutsal doğruluğun kontrol edilmesi: "kapsamlı kalıplama"dan "hassas montaj"a kadar
Çoğu metal 3D baskılı ürünün boyutsal doğruluğu ilk başta ± 0,1 mm'dir, bu da hassas montaj ihtiyaçlarının karşılanmasını zorlaştırır. Ancak makineyle işleme, son-işlemeyi bir mikrometre hassasiyetinde hale getirebilir.

Kritik boyutların düzeltilmesi: Sızdırmazlık, bağlantı ve hareketli çiftleri içeren konumlardaki toleransları yönetmek için CNC işleme kullanılmalıdır. Örneğin, boyut hassasiyetini ± 0,05 mm'den ± 0,01 mm'ye çıkarmak için hidrolik valf gövdesi parçasının birleşme yüzeyinin beş eksende işlenmesi gerekir.
Destek yapısının çıkarılması: Baskı sırasında eklenen destek yapısı, ana yapının zarar görmemesi için arkasında elektrolitik işleme veya lazer kesim ile dikkatlice silinmesi gereken bazı izler bırakacaktır.
Bundan sonra işlemenin önemli yolları:

Hassas işleme: IT5 ile IT7 arasındaki doğruluk seviyelerini elde etmek için ultra-hassas taşlama, elektrik deşarjlı işleme (EDM) ve diğer yöntemlerin kullanılması.
Sorunları çevrimiçi bulma ve düzeltme: Bir koordinat ölçüm makinesi (CMM), boyut farklılıkları hakkında-gerçek zamanlı veriler sağlar, böylece işleme parametreleri değiştirilebilir ve toplu üretim tutarlı olabilir.
4. Daha iyi yüzey kalitesi: "kaba katmanlama"dan "ayna-gibi pürüzsüzlük"e kadar
Metal 3D baskının yüzey pürüzlülüğü (Ra) genellikle 8 ila 12 μm arasındadır; bu, geleneksel işlemenin 0,8 ila 3,2 μm'sinden önemli ölçüde daha yüksektir. Son-işleme, hem fiziksel hem de kimyasal yöntemler kullanılarak yüzeyi pürüzsüz hale getirebilir:

Fonksiyonel gerekliliklerden yola çıkılarak: Tıbbi cihaz sektöründe yüzey pürüzlülüğü Ra'nın altında tutulmalıdır<0.8 μ m to keep germs from sticking; in the field of optics, surface roughness must be below Ra<0.1 μ m to meet the need for transmittance.
Korozyon koruması: Pürüzlü yüzeyler aşındırıcı maddelerin daha hızlı nüfuz etmesine neden olabilir, bu nedenle kalın bir koruyucu kaplama oluşturmak için cilalanmaları veya elektrolizle kaplanmaları gerekir. Örneğin, elektrolitik parlatmanın ardından denizcilik mühendisliği parçaları artık tuz spreyi korozyonuna sadece 24 saat yerine 500 saat dayanabiliyor.
Önemli sonrası-işleme yöntemleri:

Mekanik parlatma: Kum bandı taşlama ve manyetoreolojik parlatma gibi yöntemler uygulanarak Ra değeri 0,4 μm'nin altına indirilir.
Kimyasal kaplama veya elektrokaplama, nesnelerin yüzeyine nikel ve krom gibi metal katmanlar ekleyerek nesnelerin daha iyi görünmesini ve pastan korunmasını sağlar. Örneğin, kimyasal nikel kaplama sonrasında belirli bir araba süsünün parlaklığı %90'dan fazladır.