Kommer efterbehandling att-påverka dimensionsnoggrannheten hos 3D-utskrivna metalldelar?

一, Länken mellan metoder för efterbearbetning-och hur exakta dimensionerna är
Det finns tre huvudtyper av efter-bearbetning för 3D-utskrift av metall: mekanisk bearbetning, värmebehandling och ytbehandling. Sättet som olika tekniker påverkar dimensionsnoggrannheten är väldigt olika.

1. Mekanisk bearbetning: ett dubbel-svärd för att göra saker mer exakta
Det enklaste sättet att åtgärda dimensionsavvikelser är genom mekanisk bearbetning, som CNC-fräsning, slipning och elektrisk urladdningsbearbetning. Till exempel, efter att ha skrivit ut en specifik turbinskiva för flygplansmotorer, minskade fem-länkfräsning rundhetsfelet från 0,1 mm till 0,02 mm och förbättrade ytjämnheten Ra från 6,3 μm till 1,6 μm. Men för att förbättra bearbetningsnoggrannheten måste du kunna kontrollera utrustningens prestanda och processparametrarna mycket noggrant. Till exempel, om skärdjupet är för djupt eller matningshastigheten är för hög, kan delarna bli termiskt deformerade. Om verktygsslitaget inte byts ut i tid kan det orsaka bearbetningsfel. Till exempel ändrade ett företag inte slipskivan i tid, vilket gjorde att krusningar uppstod på ytan av en sats titanlegeringsdelar. Skrotandelen hamnade på 15 %.

2. Värmebehandling: Kampen mellan stressavlastning och storleksförändringar
Värmebehandling, som inkluderar glödgning, härdning och lösningsbehandling, ändrar materialets mikrostruktur för att bli av med restspänningar. Det kan dock också påverka storleken på materialet. Till exempel, efter fast lösning och åldringsbehandling, gick den genomsnittliga brottlivslängden för IN718 hög-temperaturlegering vid 650 grader upp till 173 timmar. Den vertikala dimensionskrympningshastigheten var emellertid 0,3 % och den horisontella dimensionskrympningshastigheten var 0,15 %. Denna ojämna krympning måste regleras antingen genom konstruktionskompensation (såsom lämnar en bearbetningsmarginal på 0,5 mm) eller processoptimering (som graderad härdning). Ett företag som tillverkar medicinska implantat förbättrade parametrarna för värmebehandlingsprocessen så att storleken på 3D-tryckta porösa titanlegeringsproteser endast varierar med ± 0,05 mm, vilket är inom de kliniska implantatets noggrannhetsstandarder.

3. Ytbehandling: hitta en balans mellan att ändra storleken på mikron och makrot.
Målet med ytbehandling (såsom sandblästring, polering eller kemisk polering) är att göra ytan bättre, men den kan också ändra storleken med några mikrometer. Till exempel använder ett företag som tillverkar bildelar kemisk polering för att 3D-printa vattenkylda aluminiumlegeringar-. Detta gör ytan mindre sträv, från 12 µm till 0,8 µm, men det gör också den inre kavitetens diameter mindre med 0,02 mm eftersom materialet löses upp. Företaget använder en kombinationsprocess av "mekanisk polering + kemisk polering" för att balansera ytkvalitet och dimensionell noggrannhet. Först tar mekanisk polering bort stora defekter, och sedan modifierar kemisk polering ytan på nanoskalanivå. Detta håller dimensionstoleransen inom ± 0,01 mm.

2, Kontroll av processparametrar: den viktigaste delen för att säkerställa precision
För att säkerställa att dimensionerna är korrekta måste du kunna kontrollera parametrarna för efter-behandlingsproceduren exakt. Elektrokemisk bearbetning (ECM) kan nå sub-mikron noggrannhet genom att lösa upp material lager för lager genom elektrokemiska processer. Parametrar som elektrodgap, elektrolytkoncentration och pulsfrekvens måste dock matchas noggrant:

Elektrodgap: Ett gap som är för litet kan lätt orsaka kortslutning, och ett för stort gap kan göra bearbetningen mindre effektiv. Genom att hålla ett öga på elektrodgapet i realtid (reglerad till 10–50 μm) har ett visst företag ökat bearbetningsprecisionen för 3D-tryckta nickel-baserade legerade turbinblad till ± 0,005 mm.
Elektrolytkoncentration: Om koncentrationen är för hög kan det påskynda upplösningen av material, vilket kan orsaka storleksförändringar. Om koncentrationen är för låg kan det skapa ojämn bearbetning. Ett forskarlag förbättrade elektrolytformeln (höll NaCl-koncentrationen mellan 15 % och 20 %) så att ytråheten hos 3D-tryckta titanlegeringskomponenter gick från 3,2 μm till 0,4 μm, samtidigt som storleksändringarna hölls inom ± 0,01 mm.
Pulsfrekvens: Hög-pulser kan minska effekterna av värmebearbetning, men de kan också generera vibrationer. Låg-pulser gör å andra sidan bearbetningen mindre effektiv. Ett visst företag använder en pulsfrekvens på 10 kHz för att bearbeta 3D-tryckta föremål av rostfritt stål. Detta säkerställer att tillverkningen är effektiv och att måtten är exakta inom ± 0,008 mm.
3, Designa en kompensationsstrategi: ett "framåtblickande-arrangemang för exakt kontroll
Under designfasen måste en viss summa pengar avsättas för att kompensera för effekten av efter-bearbetning på storleken. Till exempel är designprocessen för en given del av ett flygplan som följer:

Initial design: Använd CAD-modellen för att ta reda på delens geometriska form och identifiera viktiga dimensionella toleranser (till exempel ± 0,05 mm).
Simulering av processen: Använd finita elementanalys (FEA) för att modellera spänningsfördelningen och dimensionskrympningen som sker under värmebehandling. Du bör förvänta dig en vertikal krympningsgrad på 0,3 % och en horisontell krympningsgrad på 0,15 %.
Konstruktionskompensation: Höj bearbetningsmånen med 0,5 mm för viktiga mått och konturtoleransen med 0,05 mm för vinkelställen (från 0,02 mm till 0,05 mm).
Verifiering efter bearbetning: Efter mekanisk bearbetning hålls skillnaden mellan den faktiska storleken på delen och designstorleken inom ± 0,01 mm, och genomgångshastigheten går upp till 98%.
När det gäller den inre kavitetskonstruktionen måste du också tänka på materialavlägsningsgraden och ersättningsbeloppet. Den inre diametern på en 3D-printad vattenkyld jacka- är till exempel avsedd att vara 20 mm, med en bearbetningsmån på 0,1 mm. Efter att ha sandblästrats (med en materialavlägsningshastighet på 0,02 mm/gång) och mekaniskt polerad (med en materialborttagningshastighet på 0,05 mm/gång), stabiliseras den slutliga innerdiametern på 20,03 mm, vilket är vad vätskedynamik behöver.

4, Branschpraxis: En modell för precisionskontroll
Ett företag inom flygindustrin tillverkar raketmotormunstycken med tekniken "SLM printing+hot isostatic pressing (HIP)+CNC machining". HIP-behandling tar bort de inre porerna (reducerar porositeten från 5 % till 0,1 %), och sedan kontrollerar CNC-bearbetning munstyckshalsens diameterprecision till inom ± 0,005 mm för att passa tätningsbehoven vid högt-tryck och hög-temperatur.
Inom det medicinska området skapade ett ortopediskt företag en 3D-tryckt höftledsprotes av titanlegering. Ytgrovheten minskades till 0,2 μm och inre spänning avlägsnades med metoden "glödgningsbehandling + kemisk polering." Storleksvariationen hölls inom ± 0,02 mm, vilket avsevärt minskade risken för bakteriell vidhäftning och problem efter operationen.
Inom bilindustrin tillverkar ett företag nya kylplattor för batterier för energifordon med hjälp av tekniken "3D-utskriftsvattenkylningshylsa + elektrokemisk bearbetning". Elektrokemisk bearbetning sänker ytjämnheten i den inre kaviteten från 6,3 μm till 0,4 μm samtidigt som dimensionstoleransen hålls på ± 0,01 mm. Detta gör kylningen 15 % effektivare.