Kateri so ključni koraki v naknadni-obdelavi kovinskih 3D-natisnjenih delov?

Tehnologija 3D-tiskanja kovin s svojimi prednostmi "brezplačnega oblikovanja in hitre izdelave prototipov" je postala vroča dobrina na področjih, kot so vesoljska industrija, medicinski vsadki in avtomobilska proizvodnja. Vendar pa tiskani deli pogosto trpijo zaradi površinske hrapavosti, visokih notranjih napetosti in nezadostne dimenzijske natančnosti, zaradi česar je potrebna natančna obdelava z naknadno-obdelavo. Danes bomo razpravljali o ključnih korakih naknadne-obdelave kovinskih 3D-natisnjenih delov.

1. Razstavljanje delov in čiščenje s prahom: Izkopavanje delov iz kupa prahu

Deli, natisnjeni s kovinskim 3D-tiskanjem (zlasti fuzija s prašno posteljo), se gradijo plast za plastjo od spodaj navzgor in so po tiskanju v celoti obdani s prahom. Prvi korak je "iskati zaklad"-z uporabo sesalnika-odpornega proti eksploziji ali opreme za presejanje, da s površine dela odstranite morebitne ostanke prahu. Ta na videz preprost korak je pravzaprav varnostno-kritičen: kovinski prah je vnetljiv in eksploziven, zato je treba z njim ravnati z masko za prah in v prezračenem okolju.

Razstavljanje delov je še bolj zahtevno in zahteva spretnost. Deli so običajno pritrjeni na osnovno ploščo s podpornimi strukturami. Tradicionalno je bilo uporabljeno žično elektro{2}}razrezovanje (EDM) (zelo natančno, vendar zamudno-). Mnoge tovarne zdaj uporabljajo tračne žage za hitrejše rezanje. Vendar lahko utrjevanje zaradi deformacije zlahka povzroči zagozditev rezila pri rezanju trdih materialov, kot je Inconel. V teh primerih je treba nosilce ročno odlomiti s kleščami, preostale nosilne točke pa očistiti z brusilno glavo, da preprečite praske na površini dela.

Drugič, žarjenje za lajšanje napetosti: popuščanje trdnosti dela

Med kovinskim 3D tiskanjem laser hitro segreje in stopi prah, čemur sledi hitro ohlajanje in strjevanje. Ta proces kopiči znatno preostalo napetost znotraj dela. Če tega ne zdravimo, se lahko del deformira ali celo poči, kot upognjen kos železa. Žarjenje za zmanjšanje napetosti vključuje uporabo visokih temperatur za sprostitev napetosti v kovini.

Na primer, deli iz titanove zlitine se običajno dve uri segrevajo v peči z inertnim plinom pri 800 stopinjah, čemur sledi počasno ohlajanje. Nadzor temperature in hitrosti hlajenja je ključnega pomena: previsoka temperatura lahko povzroči oksidacijo, prenizka temperatura pa lahko povzroči nepopolno razbremenitev. Številne tovarne se odločijo za vakuumske peči, ki, čeprav so drage, zmanjšajo površinsko oksidacijo. 3. Okrepitev s toplotno obdelavo: izdelava delov, ki so "trši in močnejši"

Če je žarjenje za lajšanje napetosti "sproščanje", potem je krepitev s toplotno obdelavo "usposabljanje". S postopki, kot so kaljenje, popuščanje in obdelava z raztopino, je mogoče znatno izboljšati mehanske lastnosti delov.

Kaljenje + Kaljenje: To je kombinacija "trdote in prožnosti." Za dele iz martenzitnega jekla na primer visoko-temperaturno kaljenje (hitro ohlajanje) utrdi material, čemur sledi nizko{3}}temperaturno kaljenje (počasno ohlajanje), da se odpravi krhkost. Nastali del ima visoko trdoto in žilavost, zaradi česar je primeren za uporabo kot orodje za rezanje ali kalupe.

Obdelava z raztopino: pri aluminijevih zlitinah in zlitinah na osnovi -niklja se legirni elementi raztopijo pri visokih temperaturah, čemur sledi hitro ohlajanje, da nastane prenasičena trdna raztopina, s čimer se poveča trdnost materiala in odpornost proti koroziji. Običajno se uporablja v rezilih letalskih motorjev.

4. Površinska obdelava: od "grobe" do "fine"

Površina kovinskih 3D-natisnjenih delov ima pogosto grobo teksturo,-podobno brusnemu papirju, kar neposredno vpliva na odpornost proti obrabi, odpornost proti koroziji in odpornost proti utrujenosti. Površinska obdelava je podobna obdelavi delov za "polepšanje in nego kože".

Peskanje: steklene kroglice ali delci aluminijevega oksida se uporabljajo za udarjanje po površini dela pri visoki hitrosti, odstranjevanje ostankov prahu in ustvarjanje enakomerno hrapave površine, primerne za kasnejše barvanje ali lepljenje.

Kemično poliranje/elektrolitsko poliranje: za dele iz nerjavečega jekla in titanovih zlitin kemično poliranje uporablja kislino za raztapljanje rahlo dvignjenih območij, medtem ko elektrolitsko poliranje uporablja elektrokemično reakcijo za izravnavo površine, s čimer doseže-zrcalni zaključek. Ta postopek se običajno uporablja za medicinske vsadke.

Prevleka/prevleka: Na primer, prevleka PVD tvori trdo zaščitno plast na površini dela, kar izboljša odpornost proti obrabi. Anodiziranje aluminijevih zlitin ustvari oksidni film, ki poveča odpornost proti koroziji, proces, ki se pogosto uporablja za ohišja mobilnih telefonov.

5. Natančna obdelava: Krojenje delov

Dimenzijska natančnost 3D-natisnjenih delov je običajno okoli ±0,1 mm, vendar aplikacije v letalstvu in medicini pogosto zahtevajo ±0,01 mm ali več. To zahteva CNC končno obdelavo (rezkanje, struženje in brušenje), da se doseže "rafiniranje".

Na primer, po tiskanju lopatice letalskih turbin potrebujejo pet{0}}osno CNC obdelavo, da se ustvarijo pretočni kanali, da se zagotovi enakomeren pretok zraka za hlajenje. Medicinski vsadki, kot so kolčni sklepi, zahtevajo natančno strojno obdelavo parnih površin, da se zagotovi popolno prileganje človeški anatomiji. Ta korak je zahteven zaradi pozicioniranja: 3D-natisnjeni zapleteni strukturni deli pogosto nimajo standardnih referenčnih točk za obdelavo in zahtevajo specializirana vpenjala za varno pritrditev.

VI. Pregled in preverjanje: del "Fizični pregled"

Zadnji korak naknadne-obdelave je "fizični pregled", s katerim zagotovimo, da del nima notranjih napak in izpolnjuje standarde dimenzij. Običajne metode pregleda vključujejo:

Pregled z rentgenskimi-žarki: s tem se pregleda notranjost dela za pore in razpoke, podobno kot rentgenski pregled.

Penetrantni test: na površino dela se nanese fluorescentno sredstvo, ki z razvijalcem razkrije površinske razpoke.

Merjenje koordinat: Sonda se uporablja za natančno merjenje dimenzij dela, da se zagotovi skladnost z zahtevami zasnove.

Na primer, po tiskanju je šoba za gorivo letalskega motorja podvržena CT skeniranju, da se preveri, ali je pot toka neovirana, in koordinatni merilni stroj se uporabi za preverjanje, ali je premer šobe znotraj tolerance.

Povzetek: naknadna-obdelava je zaključek 3D-tiskanja.

Naknadna-obdelava pri 3D-tiskanju kovin je kot glaziranje, rezljanje in poliranje kosa grobe keramike, ki ga na koncu spremeni v vrhunsko umetnino. Od razstavljanja in odstranjevanja prahu do natančne strojne obdelave, vsak korak vpliva na zmogljivost in kakovost dela. Za inženirje je treba izbiro naknadnega -postopka obdelave prilagoditi njihovim posebnim potrebam: medicinski vsadki zahtevajo ravnovesje med biokompatibilnostjo in površinsko obdelavo, letalski deli poudarjajo gostoto in odpornost proti utrujenosti, komponente potrošniške elektronike pa dajejo prednost stroškom in učinkovitosti.

V prihodnosti se bodo stroški in čas 3D-tiskanja kovin še zmanjšali, ta tehnologija pa se bo iz nišnega visokega-razreda premaknila v množično sprejetje, s široko uveljavitvijo opreme za avtomatizirano naknadno-obdelavo (kot je robotsko poliranje in-pregledovanje s pomočjo umetne inteligence). Običajnim bralcem, kot smo mi, nam razumevanje teh post-procesov obdelave ne bo le pomagalo razvozlati žargona, ki ga pogosto najdemo v tehnoloških novicah, ampak nam bo tudi pomagalo razumeti, da lahko na videz preprost kovinski del skriva iznajdljivost več kot ducata natančnih procesov.