Vilka är de vanligaste svårigheterna vid efter-bearbetning av 3D-utskrift av metall?

1. Ytjämnhetskontroll: går från "tom" till "färdig produkt"
Eftersom 3D-utskrift av metall bygger upp saker i lager har ytan en stegvis struktur med en grovhet (Ra-värde) som vanligtvis är mellan 6 och 12 μm. Detta är betydligt grövre än traditionell bearbetning, som har ett grovhetsvärde på 0,8 till 1,6 μm. Till exempel måste grovheten hos kylkanalens innervägg för flygplansmotorblad hållas under 3 μm, annars kommer det att avsevärt minska effektiviteten av värmeöverföringen.
Problem med teknik:
Kvarstående stödstruktur: Stödstrukturen som appliceras under tryckning för att hålla saker från att ändra form kan lämna gropar eller stötar på ytan efter att den tagits av.
Pulvervidhäftning: När pulverpartiklar inte smälter helt fastnar de på ytan, vilket kallas "sfäroidisering".
Mellanskiktsbindningsspår: Små stötar kan bildas där laserskanningsbanor korsas.
Svar:
Kemisk polering: Att använda sura eller alkaliska lösningar för att selektivt lösa upp ytskiktet kan göra det jämnare än 1 μm, men du måste vara mycket försiktig med hur länge du låter det ligga kvar i lösningen för att undvika för mycket korrosion.
Sandblästringsbehandling: En enhetlig matt yta skapas genom att slå mot ytan med höghastighetssandflöde.- Detta är bra för intrikat design av inre kavitet, men det kan också skapa nya ytfel.
Elektrolytisk polering: Denna metod använder elektrokemiska principer för att jämna ut ytan på mikroskopisk nivå. Det kan ge en spegeleffekt (Ra<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. Åtgärda inre defekter: nyckeln till att göra saker tätare och bättre.
Insidan av 3D-utskrivna metalldelar har vanligtvis en porositet på 0,1 % till 5 %. Dessa små skavanker kan orsaka sprickor, vilket avsevärt förkortar delarnas utmattningslivslängd. Till exempel kan titanlegeringsimplantat med porositet större än 0,5 % misslyckas med att integreras med ben.
Problem med teknik:
Porer: Om laserintensiteten är för låg eller pulvret har för mycket syre kan den smälta poolen bryta upp.
Inte tillräckligt med fusion: svag bindning mellan skikten, vilket leder till mikroskiktning.
Spricka: En varm eller kall spricka som uppstår när restspänningen byggs upp.
Svar:
Varmisostatisk pressning (HIP): Materialet utsätts för mycket tryck (100–200 MPa) och värme (900–1200 grader). Detta gör att den ändrar form, stänger inre porer och höjer sin densitet till över 99,9 %. Till exempel har HIP-behandling tredubblat utmattningslivslängden för bränsleinsprutare i LEAP-motorer tillverkade av GE Aviation.
Lokal infiltration: Vakuumimpregneringsmetoden fyller ut viktiga områden av metall-baserade kompositmaterial, vilket gör den bra för att fixera strukturer med tunna väggar.
Laseromsmältning: Att göra en andra skanning på områden med yt- eller invändiga defekter kan bidra till att förbättra kornet, men det kan också lägga till nya termiska spänningar.
3. Hantera restspänning: Systemteknik för att kontrollera deformation
När metall 3D-printas kan den termiska spänningen från snabb uppvärmning och kylning närma sig 50 % till 80 % av materialets sträckgräns. Detta kan göra att delar förvrängs, går sönder eller ändrar form. Restspänningar kan orsaka deformation på flera millimeter i stora ramkonstruktioner, vilket är betydligt över vad som är acceptabelt.
Problem med teknik:
Ojämn spänningsfördelning: Komplexa geometriska former orsakar stora förändringar i temperaturgradienter.
Substrat-begränsningseffekt: Spänningen byggs upp vid den punkt där komponenten möter substratet, vilket lätt kan orsaka delaminering mellan skikten.
Utmaning för utskrift av flera-material: Det faktum att olika material expanderar i olika hastighet gör att stressen byggs upp snabbare.
Svar:
Före utskrift, värm substratet till mellan 200 och 500 grader Celsius för att minska temperaturskillnaden. Precision-seriens maskiner från Yunyao Shenwei har till exempel en 500 graders substratförvärmningsfunktion som minskar risken för sprickbildning i tryckta delar gjorda av titanlegering.
Optimera skanningsstrategin: Använd "öskanning" eller "schackbrädesskanning" för att sprida ut värmetillförseln och förhindra att den blir för varm på ett ställe.
Avspänningsglödgning: Efter avslutad utskrift görs isoleringsbehandling i 600–700 grader för att bli av med mer än 80 % av den spänning som fortfarande finns där.
4. Garanti för dimensionell noggrannhet: ett steg framåt från "ungefärlig formning" till "nätformning"
Metall 3D-utskrift är normalt noggrann till inom ± 0,1 mm, men för delar som behöver vara mycket exakta, som klockväxlar, behövs ytterligare bearbetning. Men det är väldigt svårt att arbeta med intrikata inre kavitetsstrukturer, sådana gallerstrukturer och standardfräsning eller elektrisk urladdningsbearbetning (EDM) kan skada den inre strukturen.
Problem med teknik:
Krympdeformation: När metall svalnar krymper den i volym, vilket gör att dimensionerna ändras.
Interferens från bärande strukturer: Reststöd gör det svårare att hitta bearbetningsreferensplanet.
Tunna-väggiga strukturer är inte tillräckligt styva, därför kan bearbetning av vibrationer lätt bryta verktyg.
Svar:
Utforma kompensation: Ställ in krympningsmängden i CAD-modellen i förväg (vanligtvis mellan 0,2 % och 0,5 %) och kontrollera korrigeringen genom att skriva ut den flera gånger.
Fem-axlar länkagebearbetning: DMG MORI:s LASERTEC 65 3D-utrustning är ett exempel på en multi--axlig CNC-maskin som kan göra både utskrift och fräsning samtidigt.
Elektrokemisk bearbetning (ECM) är en metod för att ta bort material utan att kräva mekanisk skärkraft. Det är bra för precisionsbearbetning av tunna-väggiga strukturer.
5. Kompatibilitet med flera material: problemet med funktionellt graderade material
Metall 3D-utskrift rör sig långsamt i riktning mot fler-materialkomposit för att möta behoven av lättvikt, korrosionsbeständighet och konduktivitet. Men det faktum att olika material har olika smältpunkter och värmeutvidgningskoefficienter gör att bindningsstyrkan mellan dem inte är tillräckligt stark, vilket snabbt kan leda till delaminering eller sprickbildning.
Problem med teknik:
Kors-kontamination av pulver: Restpulver i fack för utskrift med flera material försämrar materialens renhet.
Processparameterkonflikt: varierande material måste matchas med varierande lasereffekt, skanningshastighet och andra inställningar.
Gränssnittets prestanda blir sämre: spröda faser uppstår snabbt där olika material möts.
Svar:
Modulärt pulverförsörjningssystem: Till exempel har RESEARCH-seriens utrustning från Yunyao Shenwei oberoende pulverförsörjningstankar som låter dig växla mellan olika materiallager.
Förbearbetning av gränssnittet: Använd laserrengöring eller plasmasprutning för att få gränssnittet att fästa bättre.
Numerisk simuleringsoptimering: Använd programvaran ANSYS eller COMSOL för att modellera hur de termiska och mekaniska egenskaperna hos olika material interagerar under utskriftsprocessen. Detta hjälper dig att fastställa rätt parametrar.
6. Att hitta rätt balans mellan kostnad och effektivitet: Det största problemet med stor-produktion
Metall 3D-utskrift kostar 30 % till 70 % av hela kostnaden för en produkt, och bearbetningstiden är lång (vanligtvis 2–5 gånger utskriftstiden), vilket gör den svår att använda i massproduktion. Till exempel kostar det traditionella gjutförfarandet för en bilmotors cylinderblock ungefär 500 yuan per styck. Kostnaden för 3D-utskrift och efterbearbetning- kan å andra sidan vara mer än 3 000 yuan.
Problem med teknik:
Höga utrustningskostnader: Höga-bearbetningsanläggningar med fem-axlar kostar mer än 5 miljoner yuan, medan HIP-utrustning kan kosta upp till 20 miljoner yuan.
Processkedjelängd: Du måste göra ett antal steg i ordning, såsom uppvärmning, skärning av tråd, ta bort stöd, polering och polering igen.
Låg automatiseringsnivå: Manuellt arbete krävs fortfarande för att-efterbearbeta komplexa delar, vilket gör det mindre effektivt.
Svar:
Smart integrering av produktionslinjer: Använd AGV-vagnar för att ansluta 3D-skrivare, värmebehandlingsugnar och bearbetningscentra så att hela processen körs automatiskt. Platinum Technologys BLT-S800-utrustning erbjuder till exempel inbyggd-detektering online och adaptiv bearbetning.
Additiv tillverkning: För att minska antalet steg som kommer efter utskrift, synkronisera partiell bearbetning under utskriftsprocessen. Mazaks INTEGREX i-400AM-maskiner kan växla mellan laserbeklädnad och fräsning.
Digital processplanering: Använd programvaran Siemens NX eller Magics för att hitta den bästa bearbetningsvägen och minska inaktivitetstiden.