Яка різниця між пост-обробкою металу 3D-друком і традиційною механічною обробкою?

一, Технічний принцип: різниця між адитивним і субтрактивним процесами виробництва
Металевий 3D-друк – це тип адитивного виробництва (AM), який створює три{1}}вимірні об’єкти шляхом укладання шарів металевих порошків (наприклад, титанових сплавів і нержавіючої сталі) або дроту та їх плавлення та затвердіння за допомогою джерел тепла, таких як лазери та електронні промені. Для цієї процедури не потрібна форма, і цифрова модель може відразу перетворитися на справжню річ. Однак поверхня формованої частини шорстка (Ra6,3–12,5 мкм), і всередині можуть бути залишкові напруги або дефекти мікропор, які необхідно виправити для кращої роботи за допомогою пост-обробки.

Традиційна механічна обробка заснована на ідеї субтрактивного виробництва. Він починається з повної металевої заготовки та використовує ріжучі інструменти, такі як токарна обробка, фрезерування та свердління, щоб видалити зайвий матеріал, поки не буде досягнута бажана форма. Він має такі переваги, як чудова точність формування (до рівня IT5) і хороша гладкість поверхні (Ra0,1-0,4 мкм), але його важко працювати зі складними формами (такими внутрішніми порожнистими та нерівними поверхнями), а коефіцієнт використання матеріалу низький (лише від 50% до 70%).

Основні відмінності:

Стан матеріалу: після 3D-друку необхідно попрацювати над якостями порошкової металургії (наприклад, пористістю), а також обробкою, щоб усунути проблеми деформації, які виникають під час застосування напруги різання.
Свобода дизайну: 3D-друк може здійснювати «непідтримуваний друк» складних структур, а після-обробка лише повинна забезпечити якомога кращу локальну продуктивність; Механічна обробка обмежена тим, наскільки легко отримати ріжучі інструменти, а складні конструкції потрібно розбирати та збирати після обробки.
2, Хід процесу: відокремлення шляху від «виправлення проблем» до «роблення речей точнішими»
1. Пост-обробка металевого 3D-друку: багато-оптимізація спільної роботи
У подальшій-обробці металевих 3D-друкованих деталей зазвичай є чотири основні фази:

Очищення та видалення опори: позбудьтеся опорної структури, яка була створена під час друку, і залишків порошку на поверхні за допомогою ультразвукового очищення. Наприклад, після друку лопатей авіаційного двигуна опору з титанового сплаву потрібно хімічно витравлювати, щоб її не потрібно було механічно видаляти, що може пошкодити поверхню.
Термічна обробка — це процес позбавлення від залишкового напруження та покращення матеріалів за допомогою таких методів, як відпал і загартування. Наприклад, постачальник автомобільних запчастин застосував термічну обробку T6 для кронштейна з алюмінієвого сплаву, надрукованого 3D-, що зробило його міцнішим і легшим завдяки підвищенню міцності на розрив з 320 МПа до 380 МПа.
За допомогою точної механічної обробки ви можете фрезерувати або шліфувати основні розміри (наприклад, ущільнювальні та сполучні поверхні) з точністю до ± 0,01 мм. Наприклад, компанія, яка виробляє медичні імплантати, використовувала п’яти{2}}обробний центр із зв’язками, щоб зменшити шорсткість поверхні надрукованих на 3D-принтері вертлужних чашок із титанового сплаву з Ra3,2 мкм до Ra0,8 мкм, що відповідає стандартам біосумісності імплантатів.
Обробка поверхні: використовуйте такі методи, як піскоструминна обробка, гальванічне покриття, анодування та інші, щоб зробити поверхню більш стійкою до корозії. Одна морська інженерна компанія використовує технологію мікродугового оксидування, щоб створити товсту оксидну плівку на поверхні надрукованих на 3D-принтерах клапанів з алюмінієвого сплаву. Це робить їх у п’ять разів більш стійкими до корозії в морській воді.
2. Традиційна обробка після-механічної обробки: підвищення точності та корисності одночасно
Основними цілями традиційної механічної обробки після-обробки є підвищення точності та функціональності. Спосіб теж досить простий:

Зняття задирок і фаски: використовуйте ручні або автоматичні інструменти, щоб позбутися задирок, які залишаються під час різання. Це вбереже вузол від пошкодження.
Зміцнення поверхні: зміцнення поверхні за допомогою таких методів, як прокатка та дробеструйна обробка. Наприклад, компанія, яка виробляє зубчасті колеса, використовувала дробеструйну обробку, щоб збільшити напругу стиску на поверхні оброблених зубчастих коліс на 30% і подвоїти їхню стійкість до втоми.
Функціональне покриття — це процес надання деталям певних якостей за допомогою таких методів, як хімічне та гальванічне покриття. Наприклад, компанія, яка виробляє електронні з’єднувачі, використовувала метод хімічного нікелювання, щоб нанести шар нікелю товщиною 0,5 мкм на оброблені клеми з мідного сплаву, що зробило зварювання набагато надійнішим.
Основне порівняння:

Складність процесу: після-обробка 3D-друку потребує взаємодії між кількома ланками, а параметри термічної обробки потрібно змінювати залежно від властивостей матеріалу. Рівень стандартизації процедур після-обробки для механічної обробки високий, але для складних структур може знадобитися кілька затискачів.
Структура витрат: вартість 3D-друку після-обробки становить значну частину загальної вартості (до 40%), здебільшого через вартість обладнання для термообробки та точної обробки. Вартість подальшої-обробки при механічній обробці низька (приблизно 10%–15%), але вартість зносу інструменту висока-у великомасштабному виробництві.
3. Сценарій застосування: перехід від «високовартісної-налаштування» до «широкомасштабної-стандартизації» в тому самому домені
1. Пост-обробка металевого 3D-друку: зосередження на підвищених порогах і цінних сценаріях.
Аерокосмічна промисловість: певна аерокосмічна компанія використовує 3D-друк для виготовлення камер згоряння двигунів. Щоб отримати щільність матеріалу 99,9%, вони позбавляються внутрішніх пір, обробляючи їх гарячим ізостатичним пресуванням (HIP). Це робить деталі надійними в умовах високого-тиску та-температури.
Медичні імплантати: певна ортопедична компанія використовує штучну кістку з пористою структурою з титанового сплаву, надруковану на 3D-вимірі, покращує з’єднання пор шляхом електролітичного полірування, сприяє проліферації кісткових клітин і підвищує рівень клінічного успіху до 98%.
Складна прес-форма: певний постачальник автомобільних інтер’єрів скоротив цикл лиття під тиском на 40% і підвищив вихід продукту до 99,5% за допомогою 3D-друку форм із конформним каналом охолодження та використання електроерозійної обробки (EDM) для покращення порожнини форми.
2. Традиційна пост{1}}обробка: провідне-великомасштабне та стандартизоване виробництво
Автомобільний двигун. Певна автомобільна фірма виготовляє такі важливі деталі, як блоки циліндрів і колінчасті вали, шляхом їх механічної обробки, а потім науглерожування та гарту, щоб зробити поверхню твердішою. Завдяки цьому двигун прослужить 200 000 кілометрів.
Побутова електроніка: компанія, яка виробляє мобільні телефони, використовує обробку з ЧПК на рамах з алюмінієвого сплаву та анодування, щоб надати їм барвистий вигляд. Вони можуть виготовляти більше 5 мільйонів одиниць на місяць.
Загальне машинобудування. Певна компанія, що займається виробництвом клапанів, виготовляє високо{0}}точні кульові крани, обробляючи їх механічно та додаючи міцне хромування, щоб зробити їх більш стійкими до зношування. Ці клапани служать більше 10 років.
Тенденції на ринку:

Інтегроване виробництво: все більше компаній використовують поєднання «3D-друк+механічна обробка». Наприклад, один постачальник авіаційних деталей виготовляє майже-чисті заготовки за допомогою 3D-друку, а потім використовує механічну обробку, щоб отримати кінцеву точність. Це збільшує використання матеріалів до 85% і скорочує виробничі цикли на 60%.
Розумне оновлення: алгоритми штучного інтелекту додаються до обробки після-тривимірного друку, щоб покращити параметри процесу. Наприклад, одна компанія застосувала моделі машинного навчання, щоб здогадатися, як термічна обробка змінить форму чогось, що підвищило рівень кваліфікації обробки з 82% до 95%.