Які ключові етапи подальшої-обробки металевих 3D-друкованих деталей?

Технологія 3D-друку на металі з її перевагами «вільного дизайну та швидкого створення прототипів» стала популярним товаром у таких галузях, як авіакосмічна промисловість, медичні імплантати та автомобілебудування. Проте друковані деталі часто страждають від шорсткості поверхні, високих внутрішніх напружень і недостатньої точності розмірів, що вимагає ретельного вдосконалення шляхом пост-обробки. Сьогодні ми обговоримо ключові кроки після-обробки металевих деталей, надрукованих 3D.

1. Розбирання деталей і очищення порошком: викопування деталей із купи порошку

Деталі, надруковані за допомогою 3D-друку на металі (особливо сплавлення порошкового шару), складаються шар за шаром знизу вгору та повністю покриваються порошком після друку. Перший крок — «викопати скарби»-за допомогою вибухозахищеного-пилососа або фільтруючого обладнання, щоб видалити залишки порошку з поверхні деталі. Цей, здавалося б, простий крок насправді має-критичне значення для безпеки: металевий порошок є легкозаймистим і вибухонебезпечним, тому працювати потрібно в протипиловій масці та в вентильованому середовищі.

Розбирання деталей ще складніше і вимагає навичок. Деталі зазвичай кріпляться до опорної плити за допомогою опорних конструкцій. Традиційно використовувалося електро-дротяне електророзрядне різання (EDM) (дуже точне, але -забирає багато часу). Зараз багато заводів використовують стрічкові пилки для швидшого різання. Проте зміцнення напруги може легко спричинити заклинювання леза під час різання міцних матеріалів, таких як інконель. У цих випадках опори необхідно вручну відламати плоскогубцями, а решта опорних точок потрібно очистити шліфувальною головкою, щоб не подряпати поверхню деталі.

По-друге, відпал для зняття напруги: послаблення міцності деталі

Під час 3D-друку на металі лазер швидко нагріває і розплавляє порошок з наступним швидким охолодженням і твердінням. Цей процес накопичує значні залишкові напруги всередині деталі. Якщо не лікувати, деталь може деформуватися або навіть тріснути, як зігнутий шматок заліза. Відпал для зняття напруги передбачає використання високих температур для послаблення напруги в металі.

Наприклад, деталі з титанового сплаву зазвичай нагрівають у печі інертного газу при температурі 800 градусів протягом двох годин, після чого повільно охолоджують. Контроль температури та швидкості охолодження має вирішальне значення: занадто висока температура може призвести до окислення, тоді як занадто низька може призвести до неповного зняття напруги. Багато заводів обирають вакуумні печі, які, хоч і дорогі, мінімізують окислення поверхні. 3. Зміцнення за допомогою термічної обробки: виготовлення деталей «твердішими та міцнішими»

Якщо відпал для зняття напруги є «розслабленням», то зміцнення термічної обробки є «тренуванням». За допомогою таких процесів, як загартування, відпустка та обробка розчином, можна значно покращити механічні властивості деталей.

Загартування + відпуск: це поєднання «твердості та гнучкості». Наприклад, для деталей з мартенситної сталі загартування при високій-температурі (швидке охолодження) зміцнює матеріал, а потім — відпустка при низькій{3}}температурі (повільне охолодження), щоб усунути крихкість. Отримана деталь має високу твердість і міцність, що робить її придатною для використання в якості ріжучих інструментів або форм.

Обробка розчином: для алюмінієвих сплавів і сплавів на основі-нікелю легуючі елементи розчиняються при високих температурах з подальшим швидким охолодженням для утворення перенасиченого твердого розчину, що підвищує міцність матеріалу та стійкість до корозії. Він зазвичай використовується в лопатях авіаційних двигунів.

4. Обробка поверхні: від "грубої" до "тонкої"

Поверхня металевих-надрукованих деталей часто має шорстку структуру,-схожу на наждачний папір, що безпосередньо впливає на зносостійкість, стійкість до корозії та втомну міцність. Обробка поверхонь подібна до обробки частин «прикраси та догляду за шкірою».

Піскоструминна обробка: скляні кульки або частинки оксиду алюмінію використовуються для впливу на поверхню деталі на високій швидкості, видаляючи залишки порошку та створюючи рівномірно шорстку поверхню, придатну для подальшого фарбування або склеювання.

Хімічне полірування/електролітичне полірування: для деталей із нержавіючої сталі та титанового сплаву під час хімічного полірування використовується кислота для розчинення злегка піднятих ділянок, тоді як електролітичне полірування використовує електрохімічну реакцію, щоб вирівняти поверхню, досягаючи дзеркального-фінішного покриття. Цей процес зазвичай використовується для медичних імплантатів.

Покриття/покриття: наприклад, покриття PVD утворює твердий захисний шар на поверхні деталі, покращуючи зносостійкість. Анодування алюмінієвих сплавів створює оксидну плівку, підвищуючи стійкість до корозії, процес, який часто використовують для корпусів мобільних телефонів.

5. Точна обробка: пошиття деталей

Точність розмірів 3D-надрукованих деталей зазвичай становить близько ±0,1 мм, але застосування в аерокосмічній та медичній галузях часто вимагає ±0,01 мм або більше. Для цього потрібна фінішна обробка з ЧПУ (фрезерування, токарна обробка та шліфування) для досягнення «рафінування».

Наприклад, після друку лопаті авіаційної турбіни потребують п’яти{0}}обробки з ЧПК для створення каналів потоку для забезпечення рівномірного охолоджуючого потоку повітря. Медичні імплантати, такі як тазостегнові суглоби, вимагають точної механічної обробки поверхонь, що сполучаються, щоб забезпечити ідеальне прилягання до анатомії людини. Цей крок є складним через позиціонування: надруковані на 3D-складні конструктивні деталі часто не мають стандартних опорних точок обробки та потребують спеціальних пристосувань для надійного закріплення.

VI. Перевірка та перевірка: частина "Фізичне обстеження"

Останнім етапом після-обробки є «фізичний огляд», щоб переконатися, що деталь не має внутрішніх дефектів і відповідає стандартам розмірів. Загальні методи перевірки включають:

Рентгенівський огляд: перевіряє внутрішню частину деталі на наявність пор і тріщин, подібно до рентгенівського зору.

Тест на проникнення: флуоресцентний агент наноситься на поверхню деталі, виявляючи поверхневі тріщини через проявник.

Вимірювання координат: щуп використовується для точного вимірювання розмірів деталі, щоб забезпечити відповідність вимогам конструкції.

Наприклад, після друку паливна форсунка авіаційного двигуна проходить комп’ютерну томографію, щоб переконатися, що на шляху потоку немає перешкод, і використовується координатно-вимірювальна машина, щоб перевірити, що діаметр форсунки знаходиться в межах допуску.

Підсумок. Пост-обробка — це останній штрих 3D-друку.

Пост-обробка в 3D-друкі металу схожа на глазурування, різьблення та полірування шматка грубої кераміки, зрештою перетворюючи його на прекрасний витвір мистецтва. Від розбирання та видалення порошку до точної механічної обробки, кожен крок впливає на продуктивність і якість деталі. Для інженерів вибір процесу-обробки вимагає пристосування до їхніх конкретних потреб: медичні імплантати вимагають балансу біосумісності та обробки поверхні, авіаційні деталі підкреслюють щільність і втомну міцність, а компоненти споживчої електроніки віддають пріоритет вартості та ефективності.

У майбутньому, із широким впровадженням автоматизованого обладнання для -обробки (наприклад, роботизоване полірування та -перевірка на основі штучного інтелекту), вартість і час 3D-друку металу ще більше зменшаться, і ця технологія перейде від нішевої високої-до масової. Для звичайних читачів, таких як ми, розуміння цих процесів після-обробки допоможе нам не лише розшифрувати жаргон, який часто зустрічається в технічних новинах, але й допоможе нам зрозуміти, що, здавалося б, проста металева деталь може містити в собі винахідливість понад десятка точних процесів.