لماذا تحدد المعالجة-اللاحقة الجودة النهائية للأجزاء المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد؟

1. إصلاح العيوب المعدنية: من "فضفاضة ومسامية" إلى "كثيفة وخالية من العيوب"
تحتوي الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد على عيوب جوهرية على المستوى الصغير لأنها تذوب وتتصلب بسرعة.

مشكلة المسامية: في عملية SLM (الذوبان الانتقائي بالليزر)، يمكن أن تتشكل المسام الدقيقة داخل الجزء إذا لم يندمج المسحوق بالكامل أو كان الغاز محصوراً. يمكن أن يحدث هذا عندما تكون المسامية بين 0.5% و1%. ستكون هذه المسام هي المكان الأول الذي تحدث فيه شقوق التعب، مما يجعل كسر الأجزاء أقل صعوبة. على سبيل المثال، يبلغ متوسط ​​عمر الكسر في شفرات التوربينات لمحرك طائرة معين 13 ساعة فقط عند درجة حرارة 650 درجة و690 ميجاباسكال إذا لم تتم معالجتها بعد-. ومع ذلك، بعد معالجة الضغط المتوازن الساخن (HIP)، تحسن عمر الكسر إلى 131 ساعة، وهو ما يلبي متطلبات التصميم.
التحكم في الإجهاد المتبقي: يمكن أن يؤدي التبريد غير المتساوي للمادة أثناء الطباعة إلى تراكم الإجهاد المتبقي داخل الجزء، مما قد يؤدي إلى ثنيه أو كسره أو فشله في التوافق معًا. على سبيل المثال، قد يكون الإجهاد المتبقي في سبائك التيتانيوم Ti6Al4V أعلى من قوة الخضوع عند الزوايا. إذا لم يتم التلدين، فمن المحتمل أن تحدث ظاهرة "انفجار الحافة" أثناء المعالجة اللاحقة؛ التلدين عند 800-900 درجة يعزز بشكل كبير استقرار المعالجة.
خطوات مهمة في-المعالجة اللاحقة:

الضغط المتوازن الساخن (HIP): عندما يتم تسخين المواد إلى درجات حرارة عالية جدًا (عادةً ما بين 900 و1200 درجة) وضغوط عالية جدًا (100 و200 ميجاباسكال)، تغلق فتحاتها الداخلية، مما يجعلها أكثر كثافة بمقدار الضعف تقريبًا.
التلدين لتخفيف الضغط: يتم تفريغ التوترات المتبقية لجعل الأبعاد أكثر استقرارًا عن طريق تسخين وتبريد دورات التثبيت ببطء. على سبيل المثال، بعد التسخين إلى 300 درجة، يتم قطع الضغط المتبقي في أجزاء سبائك الألومنيوم AlSi10Mg بنسبة 80%، ويتم الحفاظ على التشوه في حدود 0.1 مم.
2. تحسين الأداء: من "تباين الخواص" إلى "التوازن متعدد الاتجاهات"
تتسبب خصائص التراص البينية للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد في اختلاف خواصها الميكانيكية في اتجاهات مختلفة (تباين الخواص). يمكن للمعالجة اللاحقة-موازنة الأداء عن طريق التحكم في الأنسجة:

صقل الحبوب: يمكن تقليل مرونة المادة وصلابتها بسبب البلورات العمودية الخشنة التي تتكون عندما تبرد المادة بسرعة بعد الطباعة. يمكن تسريع عملية تكرير الحبوب وترسيب مراحل التقوية عن طريق معالجة المحلول (مثل معالجة محلول 1080 درجة لسبيكة Inconel 718 ذات درجة الحرارة العالية) ومعالجة التعتيق (التقادم عند 550 درجة لمدة 8 ساعات). وهذا يمكن أن يرفع قوة الشد إلى أكثر من 1300 ميجا باسكال.
تعزيز الصلابة: تعمل عملية التبريد على تبريد المادة بسرعة، مما يؤدي إلى إنشاء بنية مارتنسيتية تجعل السطح أكثر صلابة. بعد التبريد عند درجة 1050، فإن صلابة الأجزاء المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L تنتقل من 180HV إلى 350HV، وتكون الأجزاء أكثر مقاومة للتآكل بثلاث مرات.
خطوات مهمة في-المعالجة اللاحقة:

حزمة المعالجة الحرارية: طريقة "التليين+المحلول+التعمير" المخصصة لكل مادة، مثل "التليين بدرجة 800+550 درجة التقادم" لـ Ti6Al4V، والتي يمكنها تحسين كل من القوة والمتانة في نفس الوقت.
عن طريق التسخين الكيميائي لسطح القطعة، مثل النيترة والكربنة، يتم إنتاج طبقة صلبة تجعلها أكثر مقاومة للتآكل. بعد المعالجة بالنيترة، يمكن أن تتجاوز صلابة السطح لأجزاء التروس 600HV، ويمكن للأجزاء أن تدوم لفترة أطول بخمس مرات.
3 ، التحكم في دقة الأبعاد: من "القولبة الشاملة" إلى "التجميع الدقيق"
تتمتع معظم المنتجات المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد بدقة أبعاد تبلغ ± 0.1 مم في البداية، مما يجعل من الصعب تلبية احتياجات التجميع الدقيق. ومع ذلك، فإن التصنيع يمكن أن يجعل المعالجة اللاحقة-دقيقة في حدود الميكرومتر.

تصحيح الأبعاد الحرجة: يجب استخدام التصنيع باستخدام الحاسب الآلي لإدارة التفاوتات في المواضع التي تشمل الختم والتوصيل وتحريك الأزواج. على سبيل المثال، سطح التزاوج لجزء جسم الصمام الهيدروليكي يحتاج إلى تشكيله على خمسة محاور لتحسين دقة الأبعاد من ± 0.05 مم إلى ± 0.01 مم.
خلع هيكل الدعم: سيترك هيكل الدعم الذي تمت إضافته أثناء الطباعة وراءه علامات معينة يجب محوها بعناية باستخدام المعالجة الإلكتروليتية أو القطع بالليزر حتى لا يتضرر الهيكل الرئيسي.
طرق مهمة للمعالجة بعد:

الآلات الدقيقة: استخدام الطحن فائق الدقة، وآلات التفريغ الكهربائي (EDM)، وطرق أخرى للحصول على مستويات الدقة من IT5 إلى IT7.
البحث عن الأشياء وإصلاحها عبر الإنترنت: توفر آلة القياس الإحداثي (CMM) بيانات في الوقت الفعلي-حول اختلافات الأبعاد بحيث يمكن تغيير معلمات المعالجة ويمكن أن يكون الإنتاج المجمع متسقًا.
4. جودة أفضل للسطح: من "الطبقات الخشنة" إلى "المرآة-النعومة"
عادةً ما تتراوح خشونة السطح (Ra) للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد بين 8 و12 ميكرومتر، وهو أعلى بكثير من 0.8 إلى 3.2 ميكرومتر في الآلات التقليدية. يمكن للمعالجة اللاحقة- أن تجعل السطح أملسًا باستخدام الطرق الفيزيائية والكيميائية:

مدفوعة بالمتطلبات الوظيفية: في قطاع الأجهزة الطبية، يجب أن تظل خشونة السطح أقل من Ra<0.8 μ m to keep germs from sticking; in the field of optics, surface roughness must be below Ra<0.1 μ m to meet the need for transmittance.
الحماية من التآكل: يمكن للأسطح الخشنة أن تجعل المواد المسببة للتآكل تدخل بشكل أسرع، وبالتالي تحتاج إلى صقلها أو طلاءها بالكهرباء لصنع طبقة واقية سميكة. على سبيل المثال، بعد التلميع الكهربائي، يمكن لأجزاء الهندسة البحرية الآن مقاومة التآكل الناتج عن رش الملح لمدة 500 ساعة بدلاً من 24 ساعة فقط.
طرق معالجة المنشورات المهمة-:

التلميع الميكانيكي: يتم تخفيض قيمة Ra إلى أقل من 0.4 ميكرومتر من خلال تطبيق طرق مثل طحن الحزام الرملي والتلميع الريولوجي المغناطيسي.
يضيف الطلاء الكيميائي أو الطلاء الكهربائي طبقات معدنية مثل النيكل والكروم إلى سطح الأشياء لجعلها تبدو أفضل وحمايتها من الصدأ. على سبيل المثال، بعد الطلاء الكيميائي بالنيكل، يصل لمعان قطعة معينة من زينة السيارة إلى أكثر من 90%.