Чому пост{0}}обробка визначає кінцеву якість металевих 3D-друкованих деталей?

1. Усунення металургійних дефектів: від «пухкого і пористого» до «щільного і бездоганного»
Металевий 3D-друк має внутрішні недоліки на крихітному рівні, оскільки він швидко плавиться і твердне.

Проблема пористості: у процесі SLM (селективного лазерного плавлення) мікропори можуть утворюватися всередині деталі, якщо порошок не повністю зплавляється або газ утримується. Це може статися, коли пористість становить від 0,5% до 1%. Ці пори будуть першим місцем, де з’являться втомні тріщини, що зробить деталі набагато менш складними для руйнування. Наприклад, середній термін служби лопатей турбіни даного авіаційного двигуна при руйнуванні становить лише 13 годин при 650 градусах і 690 МПа, якщо вони не пройшли -обробку. Однак після обробки гарячим ізостатичним пресуванням (HIP) термін служби руйнування покращився до 131 години, що відповідало вимогам конструкції.
Контроль залишкової напруги: нерівномірне охолодження матеріалу під час друку може призвести до накопичення залишкової напруги всередині деталі, що може призвести до її згинання, ламання або неспроможності з’єднатися. Як приклад, залишкова напруга в титановому сплаві Ti6Al4V може бути вищою за межу текучості в кутах. Якщо не відпалити, явище «вибуху краю», ймовірно, виникне під час наступної механічної обробки; відпал при 800-900 градусах значно підвищує стабільність обробки.
Важливі кроки пост-обробки:

Гаряче ізостатичне пресування (HIP): коли матеріали нагріваються до дуже високих температур (зазвичай від 900 до 1200 градусів) і дуже високого тиску (100 і 200 МПа), їхні внутрішні отвори закриваються, що робить їх майже вдвічі щільнішими.
Відпал для зняття напруги: залишкові напруги скидаються, щоб зробити розміри більш стабільними, шляхом повільного нагрівання та охолодження циклів утримання. Наприклад, після нагрівання до 300 градусів залишкова напруга в деталях з алюмінієвого сплаву AlSi10Mg зменшується на 80%, а деформація зберігається в межах 0,1 мм.
2. Покращення продуктивності: від «анізотропії» до «всеспрямованого балансу»
Якості міжшарового стекування металевого 3D-друку призводять до того, що його механічні властивості відрізняються в різних напрямках (анізотропія). Пост-обробка може збалансувати ефективність, контролюючи тканину:

Зернистість: гнучкість і міцність матеріалу можуть бути знижені через грубі стовпчасті кристали, які утворюються, коли речовина швидко охолоджується після друку. Рафінування зерна та виділення фаз зміцнення можна пришвидшити обробкою розчином (наприклад, обробкою розчином 1080 градусів високотемпературного сплаву Inconel 718) і обробкою старінням (старіння при 550 градусах протягом 8 годин). Це може збільшити міцність на розрив до понад 1300 МПа.
Підвищення твердості: процес загартування швидко охолоджує матеріал, створюючи мартенситну структуру, яка робить поверхню набагато твердішою. Після загартування при 1050 градусах твердість деталей з нержавіючої сталі 316L змінюється від 180HV до 350HV, а деталі стають втричі більш стійкими до зносу.
Важливі кроки пост-обробки:

Пакет термічної обробки: спеціальний метод «відпалу+розчину+старіння» для кожного матеріалу, як-от «відпал 800 градусів+550 градусів старіння» для Ti6Al4V, який може підвищити як міцність, так і в’язкість одночасно.
Шляхом хімічного нагрівання поверхні деталі, наприклад азотування та науглерожування, утворюється тверде покриття, яке робить її більш стійкою до зношування. Після обробки азотуванням поверхнева твердість деталей редуктора може перевищувати 600HV, а деталі можуть служити в п'ять разів довше.
3, Контроль точності розмірів: від "широкого формування" до "точної збірки"
Більшість металевих 3D-друкованих продуктів спочатку мають точність розмірів ± 0,1 мм, що ускладнює задоволення потреб у точному складанні. Однак механічна обробка може зробити пост{3}}обробку з точністю до мікрометра.

Виправлення критичних розмірів: для керування допусками в положеннях, які включають ущільнення, з’єднання та переміщення пар, слід використовувати обробку з ЧПК. Наприклад, сполучну поверхню частини корпусу гідравлічного клапана потрібно обробити по п’яти осях, щоб підвищити точність розмірів від ± 0,05 мм до ± 0,01 мм.
Зняття опорної конструкції: опорна структура, додана під час друку, залишить певні сліди, які потрібно ретельно стерти за допомогою електролітичної обробки або лазерного різання, щоб не пошкодити основну структуру.
Важливі способи обробки після:

Прецизійна обробка: із застосуванням над-точного шліфування, електроерозійної обробки (EDM) та інших методів для отримання рівнів точності від IT5 до IT7.
Пошук і виправлення речей онлайн: координатно-вимірювальна машина (CMM) надає-дані в режимі реального часу про розбіжності розмірів, щоб можна було змінювати параметри обробки та підтримувати серійне виробництво.
4. Краща якість поверхні: від «грубого шарування» до «дзеркальної-гладкості»
Шорсткість поверхні (Ra) металевого 3D-друку зазвичай становить від 8 до 12 мкм, що значно вище, ніж 0,8-3,2 мкм при традиційній механічній обробці. Пост-обробка може зробити поверхню гладкою за допомогою фізичних і хімічних методів:

Керуючись функціональними вимогами: у секторі медичних приладів шорсткість поверхні повинна бути нижче Ra<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.
Захист від корозії: Шорсткі поверхні можуть сприяти швидшому проникненню корозійних речовин, тому їх потрібно відполірувати або нанести гальванічне покриття, щоб створити товсте захисне покриття. Наприклад, після електролітичного полірування частини морської техніки тепер можуть протистояти корозії від соляних бризок протягом 500 годин замість лише 24 годин.
Важливі методи пост{0}}обробки:

Механічне полірування: значення Ra знижується до менше 0,4 мкм шляхом застосування таких методів, як шліфування піщаною стрічкою та магнітореологічне полірування.
Хімічне або гальванічне покриття додає на поверхню предметів металеві шари, як-от нікель і хром, щоб вони виглядали краще та захищали їх від іржі. Наприклад, після хімічного нікелювання блиск певної автомобільної прикраси становить понад 90%.