Чи впливає термічна обробка на точність розмірів у металевому 3D-друкі?

Чому термічна обробка спричиняє зміну розмірів металевих 3D-друкованих деталей

Основним рушієм є звільнення від залишкової напруги, створеної під час швидкого плавлення та затвердіння процесу SLM. Коли напруга зменшується під час нагрівання, деталі можуть деформуватися, стискатися або скручуватися.

Додаткові фактори включають:

Теплове розширення та звуження під час циклів нагрівання/охолодження.

Фазові перетворення, що викликають зміни об'єму (наприклад, у титанових сплавах).

Вплив опорної структури - опори можуть стримувати викривлення в одних областях і допускати їх в інших.

Спинномозкова клітка Ti-6Al-4V під час зняття напруги при 800 градусах зазнала деформації на 0,15–0,25 мм по довжині 80 мм. Цього було достатньо, щоб критичні сполучні поверхні вийшли за межі допуску.

3D друк на металізміна розмірів під час термічної обробки є прямим результатом унікальної термічної історії адитивного виробництва.

Наскільки зміни розмірів ви насправді повинні очікувати?

Типові діапазони спотворень для стандартного зняття напруги становлять 0,1–0,5% лінійної зміни, хоча вони значно відрізняються залежно від геометрії та процесу. Складна геометрія, тонкі стінки та довгі звиси підсилюють спотворення. HIP, як правило, створює більш рівномірні (але іноді більші) зміни через тиск, тоді як просте зняття напруги спричиняє більш локальне викривлення.

Таблиця даних: типові діапазони зміни розмірів

Пост{0}}обробка допуску розмірів SLM вимагає попереднього планування.

Розмірна поведінка-за-матеріалом під час термічної обробки

Ti-6Al-4V: високочутливий завдяки фазовому перетворенню / біля 882 градусів (бета-перехід). Викривлення є звичайним явищем, якщо не контролювати його ретельно.

Нержавіюча сталь 316L: більш стабільна, але вимагає уникнення діапазону чутливості (450–850 градусів).

Сплави CoCr: зміна об’єму внаслідок виділення карбіду.

Inconel 718: хороша стабільність розмірів, але переваги від фіксації під час старіння.

AlSi10Mg: дуже-схильність до спотворень; обмежена нижчими температурами.

17-4PH: Передбачуване скорочення під час старіння.

Таблиця даних: Особлива-поведінка матеріалу

Роль конструкції деталей у контролі зміни розмірів

Розумний дизайн значно знижує ризик:

Зберігайте однакову товщину стінок.

Використовуйте симетрію та збалансований розподіл маси.

Оптимізуйте опорні конструкції для обмеження критичних зон.

Розташуйте деталі на робочій пластині, щоб мінімізувати викривлення.

Додайте обробну заготівлю на вузькі-допуски.

Таблиця даних: функція конструкції проти ризику спотворення

Конструкція 3D-друку металу для термообробки (DfAM) є важливою.

Кріплення та засоби керування процесом, які мінімізують викривлення

Нестандартні кріплення стримують рух, не створюючи нових навантажень.

Контрольована швидкість наростання та повільне охолодження є критично важливими.

Вакуум або атмосфера інертного газу зменшують проблеми,-пов’язані з окисленням.

HIP часто призводить до більшої ізотропної усадки порівняно з -незалежним відпалом.

Виробник, який обробляв аерокосмічні кронштейни Inconel 718, використовував спеціальні графітові кріплення під час старіння, зменшуючи розкид розмірів з ±0,3 мм до ±0,08 мм на 150-міліметрових елементах.

Прогнозування зміни розмірів

Симуляція спотворень на основі FEA- є корисною, але вимагає перевірки реальними даними AM. Емпірична попередня-компенсація (масштабування або попереднє-спотворення STL) і перша-перевірка статті є стандартними. Провідні постачальники підтримують бази- матеріалів і процесів-спеціальних.

Після-термічної-обробки

Механічна обробка після термічної обробки є найнадійнішим способом досягнення жорстких допусків. Залиште 0,2–1,0 мм запасу залежно від функції та матеріалу. Зазвичай використовуються фінішна обробка з ЧПУ, електроерозійна обробка та шліфування.

Таблиця даних: рекомендований запас обробки

Перевірка розмірів після термічної обробки

Використовуйте CMM для критичних розмірів, 3D-сканування для відображення повного відхилення та зосередьтеся на таких функціях GD&T, як площинність, паралельність і справжнє положення, на які найбільше впливає викривлення. Створіть базу даних для повторюваних деталей.

Часті запитання

Чи зменшує термічна обробка металеві 3D-друковані деталі?

Це може спричинити усадку, розширення або викривлення залежно від сплаву, процесу та геометрії. Найчастіше незначна усадка або локальне спотворення.

Якої зміни розмірів слід очікувати після зняття напруги SLM Ti-6Al-4V?

Зазвичай 0,1-0,4% лінійний, з викривленням до 0,2-0,5 мм на більших частинах. Точні значення залежать від геометрії та параметрів.

Чи можете ви обробляти металеві 3D-друковані деталі після термічної обробки?

Так - це стандартна практика для досягнення кінцевих жорстких допусків.

Який найкращий спосіб контролювати спотворення під час термообробки деталей SLM?

Поєднайте хороший DfAM (уніфіковані секції, опори), належне кріплення, контрольовані швидкості наростання та пост-обробний матеріал.

Чи викликає HIP більшу зміну розмірів, ніж відпал для зняття напруги?

HIP часто викликає більш рівномірну усадку через тиск, але може бути більш передбачуваним, ніж деформація вільного відпалу.

Як перевірити точність розмірів після термічної обробки металевої 3D-друкованої деталі?

Використовуйте CMM, 3D-сканування та порівняйте з вимірюваннями до- та після-обробки з належним GD&T.