Vilka problem kommer 3D-utskrivna metalldelar att ha om efter-bearbetning inte görs?

1. Ytfel: en kedjereaktion från "råhet" till "funktionsfel."
3D-utskrivna metallobjekt har vanligtvis dålig ytkvalitet till en början, med stora problem som skiktning, grader och porositet. Till exempel staplar SLM-processen (Selective Laser Melting) lager ovanpå varandra för att göra delar. Detta skapar en stor "stegeffekt" på föremålets yta, vilket gör den grövre än standardbearbetning, som har en grovhet (Ra-värde) på 10-20 mikron, vilket är mycket högre än 0,8-3,2 mikron för traditionell bearbetning. Denna grova yta förändrar inte bara hur saker och ting ser ut, utan den orsakar också ett antal funktionella problem:

Spänningskoncentration och sprickinitiering: Ytdefekter kan skapa spänningskoncentrationer, vilket påskyndar spridningen av sprickor när materialet belastas eller värms upp. Till exempel, före sandblästring, är utmattningslivslängden för en given flygmotorturbinblad endast 30 % av vad den borde vara. Efter sandblästring går utmattningslivslängden upp till över 90 %.
Mindre motståndskraft mot korrosion: Den grova ytan gör det lättare för korrosiva material att ta sig igenom. Till exempel visade opolerade 316L rostfria delar tecken på korrosion inom 24 timmar efter saltspraytestning. Efter elektrolytisk polering kunde delarna dock motstå korrosion i mer än 500 timmar.
Högre friktionskoefficient: När två ytor är i kontakt och glider mot varandra har ytjämnhet en direkt effekt på hur väl friktionen fungerar. När växellådans axeldelar i en viss bil inte bearbetades med ultraprecision, gick friktionskoefficienten upp till 0,15, vilket innebar att energianvändningen ökade med 12%. Efter ultraprecisionsbearbetning sjönk friktionskoefficienten till 0,03 och energianvändningen gick ner till designvärdet.
2, 2, interna defekter: från "Hidden Killer" till "Catastrophic Failure", en dold kris
Under 3D-utskriftsprocessen av metall kan termisk stress och bristen på sammansmältning mellan pulvret och metallen orsaka problem som inre porositet och sprickor. Om dessa brister inte åtgärdas under efterbearbetning- kommer de att göra delarna mycket opålitliga.

För mycket porositet: En studie fann att Ti-6Al-4V-delar som inte har varit isostatisk varmpressade (HIP) kan ha en porositet på 0,5 % till 1 %. Efter HIP-behandling kan porositeten skäras ner till mindre än 0,01%. Hög porositet kan göra en del mindre tät, vilket gör den mer benägen att gå sönder när den är under dynamisk belastning.
Restspänningen är utom kontroll: Under utskrift kan delen bygga upp restspänningar om den värms upp och svalnar snabbt. I en situation då man tillverkade formar blev delar som inte var stressade-avlastade före användning och ändrade form, vilket innebar att formen måste slängas. Efter glödgning förbättrades delarnas dimensionella stabilitet med 90 %.
Organisation som inte är jämn: Pulverbäddssmältningsprocessen kan göra att storleken på kornen varierar mycket i olika delar av delen. Den lokala kornstorleken nådde 100 mikron när en viss del av ett flygplans struktur inte behandlades med en lösning. Men efter lösningsbehandling blev kornstorleken jämn, mellan 20 och 30 mikron, och utmattningsmotståndet ökade med tre gånger.
3. Prestandaförsämring: skillnaden i prestanda mellan "designöverensstämmelse" och "faktiskt fel"
Även om delarnas geometriska dimensioner uppfyller designkriterierna, kan deras mekaniska prestanda ändå vara långt under vad som förväntades om efter-bearbetning inte görs:

En studie tittade på obehandlade och värme-behandlade 316L rostfria delar. Den fann att draghållfastheten för obehandlade delar var vid designvärdet, men töjningen var endast 60 % av designvärdet. Efter värmebehandling gick töjningen tillbaka till designvärdet.
Hårdheten är inte jämnt fördelad: Delar gjorda med tekniken för direkt energideponering (DED) har vanligtvis hårdhetsgradienter. Ythårdheten på en viss forminsats var endast 35HRC före nitreringsbehandling, men den gick upp till 58HRC efter behandlingen och slitstyrkan ökade med 5 gånger.
Inte tillräckligt med termisk stabilitet: En legeringsdel med hög-temperatur som inte åldrades förlorade 20 % av sin hårdhet efter att ha arbetat i 650 grader i 100 timmar. Men efter åldringsbehandlingen steg hårdhetsretentionsprocenten till över 95 %.
4. Ekonomisk kostnad: kostnader som är utom kontroll, från "partiell omarbetning" till "fullständig avstängning."
Att inte göra efter-bearbetning gör inte bara att delar fungerar sämre, utan det har också en kedjereaktion på ekonomin:

Kostnaden för omarbetning har ökat mycket. En bildelstillverkare slängde en hel sats delar eftersom de inte gjorde någon efterbearbetning- och omarbetningskostnader utgjorde 35 % av det totala ordervärdet. Men om icke-förstörande testning och reparation görs direkt efter utskrift kan kostnaden hållas inom 5 %.
Längre produktionscykel: Eftersom en viss flygkonstruktionsdel inte fick den stressreducerande behandling den behövde, böjdes den under monteringen. Detta fick hela tillverkningslinjen att läggas ner i två veckor, vilket kostade företaget 2 miljoner dollar.
Varumärkets rykte har skadats: En medicinsk implantattillverkares misslyckande med att polera ytan på sina produkter ledde till en 15% ökning av antalet återkallanden, en 25% förlust av kunder och en omätbar förlust av varumärkesvärde.