Які проблеми виникнуть із металевими 3D-друкованими деталями, якщо -не виконувати постобробку?

1. Дефекти поверхні: ланцюгова реакція від «шорсткості» до «функціональної несправності».
Металеві 3D-друковані об’єкти спочатку зазвичай мають погану якість поверхні з великими проблемами, включаючи нашарування, задирки та пористість. Наприклад, процес SLM (селективне лазерне плавлення) накладає шари один на одного для виготовлення деталей. Це створює великий «ефект кроку» на поверхні предмета, роблячи його грубішим, ніж стандартна механічна обробка, яка має шорсткість (значення Ra) 10-20 мікрон, що набагато вище, ніж 0,8-3,2 мікрона традиційної механічної обробки. Ця шорстка поверхня не тільки змінює зовнішній вигляд речей, але й викликає низку функціональних проблем:

Концентрація напруги та початок руйнування: Дефекти поверхні можуть створювати місця концентрації напруги, що прискорює поширення тріщин під час навантаження або нагрівання матеріалу. Наприклад, перед піскоструминною обробкою втомний ресурс лопатки турбіни авіаційного двигуна становить лише 30% від необхідного. Після піскоструминної обробки стійкість до втоми досягає понад 90%.
Менша стійкість до корозії: шорстка поверхня полегшує проникнення корозійних матеріалів. Наприклад, неполіровані деталі з нержавіючої сталі 316L показали ознаки корозії протягом 24 годин після випробування соляним туманом. Однак після електролітичного полірування деталі змогли витримати корозію понад 500 годин.
Вищий коефіцієнт тертя: коли дві поверхні стикаються та ковзають одна об одну, шорсткість поверхні безпосередньо впливає на ефективність роботи тертя. Коли деталі валу коробки передач певного автомобіля не були оброблені з надточністю, коефіцієнт тертя піднявся до 0,15, що означало, що споживання енергії зросло на 12%. Після надточної обробки коефіцієнт тертя знизився до 0,03, а споживання енергії знизилося до проектного значення.
2, 2, Внутрішні дефекти: від «прихованого вбивці» до «катастрофічного збою», прихованої кризи
Під час процесу 3D-друку на металі термічні навантаження та відсутність плавлення між порошком і металом можуть спричинити такі проблеми, як внутрішня пористість і тріщини. Якщо ці недоліки не виправити під час пост-обробки, вони зроблять деталі дуже ненадійними.

Занадто велика пористість. Дослідження показало, що деталі з Ti-6Al-4V, які не пройшли гаряче ізостатичне пресування (HIP), можуть мати пористість від 0,5% до 1%. Після обробки HIP пористість може бути зменшена до менш ніж 0,01%. Висока пористість може зробити деталь менш щільною, що підвищує ймовірність її руйнування під час динамічного навантаження.
Залишкова напруга вийшла з-під контролю: під час друку деталь може накопичувати залишкову напругу, якщо вона швидко нагрівається та охолоджується. В одній із ситуацій виготовлення форм деталі, які не-зняли напругу перед використанням, деформувалися та змінили форму, що означало, що форму довелося викинути. Після відпалу стабільність розмірів деталей покращилася на 90%.
Нерівномірна організація: процес плавлення шару порошку може спричинити значну різницю розміру зерен у різних частинах деталі. Розмір локального зерна досягав 100 мікрон, коли певна частина конструкції літака не була оброблена розчином. Але після обробки розчином розмір зерен став рівномірним — від 20 до 30 мікрон, а опір втомі зріс утричі.
3. Зниження продуктивності: різниця в продуктивності між «відповідністю проекту» та «фактичним збоєм»
Навіть якщо геометричні розміри деталей відповідають критеріям проектування, їхня механічна продуктивність все одно може бути значно нижчою від очікуваної, якщо не виконувати-обробку:

У дослідженні розглядалися необроблені та термічно-оброблені деталі з нержавіючої сталі 316L. Було встановлено, що міцність на розрив необроблених частин була на рівні проектного значення, але подовження становило лише 60% від проектного значення. Після термічної обробки відносне подовження повернулося до проектного значення.
Твердість розподілена нерівномірно: деталі, виготовлені методом прямого енергетичного осадження (DED), зазвичай мають градієнти твердості. Твердість поверхні певної вставки форми становила лише 35HRC до обробки азотуванням, але вона зросла до 58HRC після обробки, а зносостійкість зросла в 5 разів.
Недостатньо термічної стабільності: високотемпературна-деталь зі сплаву, яка не була піддана старінню, втратила 20% своєї твердості після роботи при 650 градусах протягом 100 годин. Але після процедури старіння відсоток збереження твердості підвищився до 95%.
4. Економічні витрати: витрати, які вийшли з-під контролю, від «часткової переробки» до «повної зупинки».
Відсутність подальшої-обробки не лише погіршує роботу деталей, але також має ланцюгову реакцію на економіку:

Вартість переробки значно зросла. Один виробник автомобільних запчастин викинув цілу партію деталей, оскільки вони не проводили жодної-обробки, а витрати на переробку становили 35% від загальної вартості замовлення. Але якщо не-неруйнівний контроль і ремонт виконуються відразу після друку, вартість може бути в межах 5%.
Більш тривалий виробничий цикл: оскільки певна частина авіаційної конструкції не отримала необхідної обробки для зменшення напруги, вона зігнулася під час складання. Це спричинило зупинку всієї виробничої лінії на два тижні, що коштувало компанії 2 мільйони доларів.
Репутація бренду постраждала: нездатність виробника медичних імплантатів відполірувати поверхню своєї продукції призвела до збільшення кількості відкликань на 15%, втрати клієнтів на 25% і незмірної втрати вартості бренду.