ما هي العوامل التي ستحدد حل ما بعد المعالجة-للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد؟

1. خصائص المواد: الحدود الأساسية للمعالجة اللاحقة-.
إن التركيب والبنية المجهرية والخصائص الفيزيائية الحرارية لمواد الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد تحدد بشكل مباشر المسار الفني ومعلمات العملية للمعالجة اللاحقة-.
خصائص تكوين المادة والانتقالات الطورية
تتميز المعادن المتغيرة بدرجات حرارة انتقالية متغيرة للغاية، ومعاملات التمدد الحراري، وحساسيات الأكسدة. على سبيل المثال، تميل سبائك التيتانيوم (Ti6Al4V) إلى التفاعل مع الأكسجين لتكوين طبقة أكسيد هشة عند درجات حرارة أعلى من 600 درجة، لذلك يجب أن تتم المعالجة الحرارية في بيئة مفرغة أو غاز خامل. تحتوي سبائك النيكل - ذات درجة الحرارة العالية - (مثل Inconel 718) على العديد من عناصر صناعة السبائك وتحتاج إلى تحكم متدرج في ترسيب "المرحلة من خلال معالجة المحلول (عزل 980-1020 درجة لمدة ساعة واحدة) ومعالجة التقادم (عزل 720 درجة لمدة 8 ساعات) لإيجاد توازن بين القوة والمتانة
كثافة وخصائص المسحوق
تتأثر الكثافة الأولية للعناصر المطبوعة بحجم الجزيئات، ومدى تدفقها، ومدى نقاء المسحوق. على سبيل المثال، يمكن أن تحتوي أجزاء سبائك الألومنيوم المطبوعة بمسحوق كروي بحجم جسيم يتراوح بين 15-45 ميكرومتر على مسامية أولية تتراوح من 3% إلى 5%. ولجعلها أكثر كثافة من 99.9%، فإنها تحتاج إلى ضغط متساوي الضغط الساخن (HIP) عند 1200 درجة و100 ميجا باسكال. الأجزاء المطبوعة بمسحوق نانوي قد تحتاج فقط إلى التلدين للتخلص من الضغط الداخلي لأنها تلبد بسرعة كبيرة.
السيطرة التي ليست هي نفسها في كل الاتجاهات
إن الطريقة التي تقوم بها الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد بتكديس الطبقات فوق بعضها البعض تمنحها خصائص ميكانيكية متباينة الخواص. على سبيل المثال، قوة الشد للفولاذ المقاوم للصدأ 316L أقل بنسبة 10% إلى 15% على طول اتجاه الطباعة (المحور Z-) عنها على طول الاتجاه الرأسي (المحور XY). يمكن أن تساعد المعالجة الحرارية، مثل الاحتفاظ بدرجة حرارة 750 درجة لمدة ساعتين ثم التبريد بالماء، على إعادة بلورة الحبوب، وخفض تباين الخواص إلى حدود 5٪، وجعل الأجزاء الهيكلية متسقة.
2. جزء من المتطلبات الوظيفية: المعالجة-اللاحقة مع وضع الهدف في الاعتبار
يجب أن تركز خطة ما بعد المعالجة- بشكل كبير على كيفية استخدام الأجزاء في النهاية وتحسين مقاييس الأداء بناءً على ذلك.
تحسين الأداء الميكانيكي
الحاجة إلى قوة عالية: يجب أن يتحمل القرص التوربيني للمحرك الفضائي درجات حرارة قصوى تصل إلى 1000 درجة وضغوط تصل إلى 1000 ميجا باسكال. يجب رفع قوة الشد لتتجاوز 1200 ميجا باسكال بواسطة الطريقة المركبة للمعالجة الحرارية HIP+ (بعد 1220 درجة / 150 ميجا باسكال HIP، 1080 درجة محلول صلب +720 درجة تقادم).
معايير المتانة العالية: يجب أن تكون الغرسات العظمية، بما في ذلك الأطراف الاصطناعية للورك، قوية وقادرة على تحمل التآكل. التلدين (الثبات عند 700 درجة لمدة 4 ساعات ثم التبريد ببطء) يمكن أن يرفع معدل الاستطالة من 15% إلى 25% ويقلل من خطر الكسر الهش.
مقاومة أفضل للتآكل
يجب أن تكون الأجزاء المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L المستخدمة في الهندسة البحرية قادرة على مقاومة التآكل الناتج عن رش الملح لفترة طويلة. يمكن زيادة زمن مقاومة رذاذ الملح من 240 ساعة إلى 2000 ساعة باستخدام كل من التلميع الكهروكيميائي (الذي يزيل طبقة الأكسيد السطحي) والأنودة (التي تشكل طبقة أكسيد بسمك 10 ميكرومتر). وهذا يلبي متطلبات معيار ISO 9227.
تحسين نوعية السطح
لدى قطاع الإلكترونيات الاستهلاكية قواعد صارمة بشأن الشكل الذي يجب أن تبدو عليه الأجزاء. لجعل السطح أقل خشونة، يجب صقله في عدة خطوات (الطحن الخشن ← الطحن الناعم ← تلميع المرآة) حتى يصل إلى Ra0.2 ميكرومتر أو أقل. يتم تطبيق معالجة السفع الرملي (200 شبكة من جزيئات رمل الألومينا) في نفس الوقت لإنشاء تشطيب غير لامع موحد يلبي معايير التصميم.
3. القيود المفروضة على عملية التصنيع: حدود ما يمكن عمله بعد المعالجة
تحدد مواصفات عملية الطباعة وإمكانيات المعدات على الفور خيارات تقنيات ما بعد المعالجة.
السيطرة على الإجهاد المتبقي
تترك تقنية ذوبان طبقة المسحوق بالليزر (LPBF) وراءها ضغوطًا متبقية يمكن أن تصل إلى 70% من قوة إنتاج المادة لأنها تبرد بسرعة كبيرة. يجب أن يتم التلدين لتخفيف الإجهاد (العزل عند درجة حرارة 500-600 لمدة ساعتين) مباشرة بعد الانتهاء من الطباعة. إذا لم يكن الأمر كذلك، فقد تتشوه الأجزاء أو تتشقق عند قطعها أو تشكيلها. تتميز تقنية ذوبان شعاع الإلكترون (EBM) بضغط متبقي أقل لأنها تقوم بتسخين الركيزة إلى أكثر من 600 درجة قبل ذوبانها. وهذا يجعل عملية -معالجة النشر أسهل.
إزالة هيكل الدعم
يحتاج التصميم الداعم للأجزاء الهيكلية المعقدة، مثل غرف الاحتراق في محركات الطيران، إلى إيجاد حل وسط بين الاستقرار أثناء الطباعة وسهولة الاستخدام بعد الطباعة. إن استخدام المواد الداعمة القابلة للذوبان في الماء-يمكن أن يسهل إزالتها. من ناحية أخرى، يجب معالجة الدعامات المعدنية بقطع الأسلاك (بدقة ± 0.05 مم) أو النقش الكيميائي (للهياكل المجهرية) لتجنب تلف السطح الناتج عن القطع الميكانيكي.
ضمان دقة الأبعاد
يؤثر سمك طبقة الطباعة (عادةً 20-100 ميكرومتر) وطريقة المسح (مثل مسح رقعة الشطرنج) على مدى دقة الأجزاء. بالنسبة للأجزاء التي تحتاج إلى تفاوت قدره ± 0.02 مم على سطح التزاوج، يلزم إجراء معالجة ميكانيكية لوصلات المحاور الخمسة - (مثل الطحن والطحن) بعد المعالجة الحرارية. ومع ذلك، يمكن للأجزاء الهيكلية البسيطة الحصول على دقة سطحية تبلغ Ra3.2 ميكرومتر من خلال السفع الرملي والطحن.
4. توازن التكلفة-والفوائد: العوامل الاقتصادية التي يجب التفكير فيها بعد المعالجة
يجب أن يحقق حل ما بعد المعالجة- أفضل توازن بين خفض التكاليف وتحسين الأداء.
تحسين تكاليف الوحدة
عند إجراء الكثير من الغرسات الطبية، فإن علاج HIP يمكن أن يجعلها تدوم لفترة أطول، ولكن تكلفة الوحدة ترتفع بنسبة 30٪ إلى 50٪. من خلال تغيير إعدادات الطباعة (مثل زيادة كثافة طاقة الليزر) لتقليل المسامية الأولية، يمكن تقليل احتياجات معالجة HIP إلى النصف، مما يوفر الكثير من المال.
العائد على الاستثمار في المعدات
يتعين على شركات الطيران أن تنفق ملايين الدولارات على معدات HIP لمعالجة -أجزاء السبائك ذات درجات الحرارة العالية. لتجنب وجود أصول ثابتة خاملة، يمكنهم العمل مع موفري خدمات ما بعد{2}}الخبراء ورسوم لكل قطعة (تكلفة معالجة لكل قطعة) 500-2000.
تحسين كفاءة الدورة
يستغرق تصنيع قوالب السيارات باستخدام تقنية "الطباعة+التليين+التصنيع الدقيق" من 7 إلى 10 أيام. ولكن من خلال تحسين إجراء المعالجة الحرارية (على سبيل المثال، رفع درجة الحرارة بسرعة إلى 750 درجة والاحتفاظ بها لمدة ساعة)، يمكن تقليل الدورة إلى 5 أيام، مما يجعل التسليم أسرع.