هل ستؤثر المعالجة اللاحقة- على دقة أبعاد الأجزاء المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد؟

أولًا، الرابط بين طرق -المعالجة اللاحقة ومدى دقة الأبعاد
هناك ثلاثة أنواع رئيسية-من المعالجة اللاحقة للطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن: المعالجة الميكانيكية، والمعالجة الحرارية، والمعالجة السطحية. تختلف الطريقة التي تؤثر بها التقنيات المختلفة على دقة الأبعاد اختلافًا كبيرًا.

1. المعالجة الميكانيكية:-سيف ذو حدين لجعل الأمور أكثر دقة
الطريقة الأكثر مباشرة لإصلاح الاختلافات في الأبعاد هي المعالجة الميكانيكية، مثل الطحن باستخدام الحاسب الآلي، والطحن، وتصنيع التفريغ الكهربائي. على سبيل المثال، بعد طباعة قرص توربيني محدد لمحرك طائرة، أدت عملية طحن الوصلات ذات الخمسة محاور إلى تقليل خطأ الاستدارة من 0.1 مم إلى 0.02 مم وتحسين خشونة السطح Ra من 6.3 ميكرومتر إلى 1.6 ميكرومتر. ومع ذلك، لتحسين دقة المعالجة، يجب أن تكون قادرًا على التحكم في أداء المعدات ومعلمات العملية بعناية فائقة. على سبيل المثال، إذا كان عمق القطع عميقًا جدًا أو كان معدل التغذية سريعًا جدًا، فقد تتشوه الأجزاء حرارياً. إذا لم يتم استبدال تآكل الأداة في الوقت المحدد، فقد يتسبب ذلك في حدوث أخطاء في التصنيع. على سبيل المثال، لم تقم إحدى الشركات بتغيير عجلة الطحن في الوقت المناسب، مما تسبب في ظهور تموجات على سطح مجموعة من أجزاء سبائك التيتانيوم. انتهى معدل الخردة إلى 15٪.

2. المعالجة الحرارية: المعركة بين تحرير الضغط وتغييرات الحجم
تعمل المعالجة الحرارية، التي تشمل التلدين والتبريد والمعالجة بالمحلول، على تغيير البنية الدقيقة للمادة للتخلص من الإجهاد المتبقي. ومع ذلك، يمكن أن يؤثر أيضًا على حجم المادة. على سبيل المثال، بعد المحلول الصلب ومعالجة التعتيق، ارتفع متوسط ​​عمر الكسر للسبائك IN718 ذات درجة الحرارة العالية-عند 650 درجة إلى 173 ساعة. ومع ذلك، كان معدل الانكماش البعدي العمودي 0.3% ومعدل الانكماش الأبعاد الأفقي 0.15%. يجب تنظيم هذا الانكماش غير المتساوي إما عن طريق تعويض التصميم (مثل ترك هامش تصنيع يبلغ 0.5 مم) أو تحسين العملية (مثل التبريد المتدرج). قامت إحدى الشركات التي تصنع الغرسات الطبية بتحسين معلمات عملية المعالجة الحرارية بحيث يختلف حجم الأطراف الاصطناعية المصنوعة من سبائك التيتانيوم المسامية المطبوعة ثلاثية الأبعاد بمقدار ± 0.05 مم فقط، وهو ما يقع ضمن معايير دقة الغرسات السريرية.

3. المعالجة السطحية: إيجاد التوازن بين تغيير حجم الميكرو والماكرو.
الهدف من معالجة السطح (مثل السفع الرملي أو التلميع أو التلميع الكيميائي) هو تحسين السطح، ولكن يمكن أيضًا تغيير الحجم ببضعة ميكرومترات. على سبيل المثال، تستخدم إحدى الشركات التي تصنع قطع غيار السيارات التلميع الكيميائي لطباعة الأكمام المبردة بالماء من سبائك الألومنيوم بشكل ثلاثي الأبعاد. وهذا يجعل السطح أقل خشونة، حيث يتراوح من 12 ميكرومتر إلى 0.8 ميكرومتر، ولكنه أيضًا يجعل قطر التجويف الداخلي أصغر بمقدار 0.02 مم نظرًا لذوبان المادة. تستخدم الشركة عملية مجمعة من "التلميع الميكانيكي + التلميع الكيميائي" لتحقيق التوازن بين جودة السطح ودقة الأبعاد. أولاً، يزيل التلميع الميكانيكي العيوب الكبيرة، ثم يقوم التلميع الكيميائي بتعديل السطح على مستوى النانو. هذا يحافظ على تسامح الأبعاد ضمن ± 0.01 مم.

2، التحكم في معلمات العملية: الجزء الأكثر أهمية في التأكد من الدقة
للتأكد من صحة الأبعاد، يجب أن تكون قادرًا على التحكم بدقة في معلمات إجراء المعالجة اللاحقة-. يمكن أن تصل المعالجة الكهروكيميائية (ECM) إلى دقة أقل من - ميكرون عن طريق إذابة المواد طبقة بعد طبقة من خلال العمليات الكهروكيميائية. ومع ذلك، يجب أن تكون المعلمات مثل فجوة القطب، وتركيز المنحل بالكهرباء، وتردد النبض مطابقة بإحكام:

فجوة القطب: يمكن أن تؤدي الفجوة الصغيرة جدًا إلى حدوث ماس كهربائي بسهولة، والفجوة الكبيرة جدًا يمكن أن تجعل المعالجة أقل كفاءة. من خلال مراقبة فجوة القطب الكهربي في الوقت الفعلي (التي يتم تنظيمها عند 10-50 ميكرومتر)، قامت شركة معينة بزيادة دقة التصنيع لشفرات توربينات سبائك النيكل المطبوعة ثلاثية الأبعاد - إلى ± 0.005 مم.
تركيز الإلكتروليت: إذا كان التركيز مرتفعًا جدًا، فقد يؤدي ذلك إلى تسريع ذوبان المواد، مما قد يسبب تغيرات في الحجم. إذا كان التركيز منخفضًا جدًا، فقد يؤدي ذلك إلى معالجة غير متساوية. قام فريق بحث بتحسين صيغة الإلكتروليت (الحفاظ على تركيز كلوريد الصوديوم بين 15% و20%) بحيث ارتفعت خشونة سطح مكونات سبائك التيتانيوم المطبوعة ثلاثية الأبعاد من 3.2 ميكرومتر إلى 0.4 ميكرومتر، مع الحفاظ على تغيرات الحجم في حدود ± 0.01 مم.
تردد النبض: يمكن للنبضات ذات التردد العالي- أن تقلل من تأثيرات حرارة المعالجة، ولكنها يمكنها أيضًا توليد اهتزازات. ومن ناحية أخرى، فإن النبضات ذات التردد المنخفض- تجعل المعالجة أقل كفاءة. تستخدم شركة معينة تردد نبض يبلغ 10 كيلو هرتز لمعالجة عناصر الفولاذ المقاوم للصدأ المطبوعة ثلاثية الأبعاد. وهذا يضمن كفاءة التصنيع وأن الأبعاد دقيقة في حدود ± 0.008 مم.
3، صمم إستراتيجية تعويض: ترتيب "متطلع-" للتحكم الدقيق
أثناء مرحلة التصميم، يلزم تخصيص مبلغ معين من المال لتعويض تأثير المعالجة- اللاحقة على الحجم. على سبيل المثال، عملية التصميم لجزء معين من الطائرة هي كما يلي:

التصميم الأولي: استخدم نموذج CAD لمعرفة الشكل الهندسي للجزء وتحديد تفاوتات الأبعاد المهمة (على سبيل المثال، ± 0.05 مم).
محاكاة العملية: استخدم تحليل العناصر المحدودة (FEA) لنمذجة توزيع الضغط وانكماش الأبعاد الذي يحدث أثناء المعالجة الحرارية. يجب أن تتوقع معدل انكماش رأسي يبلغ 0.3% ومعدل انكماش أفقي يبلغ 0.15%.
التعويض التصميمي: زيادة مسموحات المعالجة بمقدار 0.5 مم للأبعاد المهمة وتفاوت الكفاف بمقدار 0.05 مم للأماكن الزاوية (من 0.02 مم إلى 0.05 مم).
التحقق بعد المعالجة: بعد المعالجة الميكانيكية، يتم الاحتفاظ بالفرق بين الحجم الفعلي للجزء وحجم التصميم في حدود ± 0.01 مم، ويرتفع معدل النجاح إلى 98%.
أيضًا، عندما يتعلق الأمر ببناء التجويف الداخلي، فأنت بحاجة إلى التفكير في معدل إزالة المواد ومبلغ التعويض. على سبيل المثال، من المفترض أن يكون القطر الداخلي للسترة المبردة بالماء - المطبوعة ثلاثية الأبعاد 20 مم، مع بدل معالجة قدره 0.1 مم. بعد أن يتم سفعه بالرمل (بمعدل إزالة مادة يبلغ 0.02 مم/ مرة) وصقله ميكانيكيًا (مع معدل إزالة مادة 0.05 مم/ مرة)، يستقر القطر الداخلي النهائي عند 20.03 مم، وهو ما تحتاجه ديناميكيات السوائل.

4، ممارسة الصناعة: حالة نموذجية للتحكم الدقيق
تقوم إحدى الشركات في صناعة الطيران بتصنيع فوهات محركات الصواريخ باستخدام تقنية "طباعة SLM + الضغط المتوازن الساخن (HIP) + التصنيع باستخدام الحاسب الآلي". تعمل معالجة HIP على التخلص من المسام الداخلية (تقليل المسامية من 5% إلى 0.1%)، ومن ثم تتحكم الآلات CNC في دقة قطر فوهة الفوهة إلى حدود ± 0.005 مم لتناسب احتياجات الختم في إعدادات الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية-.
في المجال الطبي، قامت إحدى شركات جراحة العظام بإنشاء طرف صناعي لمفصل الورك مصنوع من سبائك التيتانيوم بطباعة ثلاثية الأبعاد. تم تقليل خشونة السطح إلى 0.2 ميكرومتر وإزالة التوتر الداخلي باستخدام طريقة "معالجة التلدين + التلميع الكيميائي". تم الحفاظ على تباين الحجم ضمن ± 0.02 مم، مما قلل بشكل كبير من خطر التصاق البكتيريا والمشاكل بعد الجراحة.
في صناعة السيارات، تقوم إحدى الشركات بتصنيع ألواح تبريد بطاريات مركبات الطاقة الجديدة باستخدام تقنية "غطاء تبريد الماء للطباعة ثلاثية الأبعاد + التصنيع الكهروكيميائي". تعمل الآلات الكهروكيميائية على تقليل خشونة سطح التجويف الداخلي من 6.3 ميكرومتر إلى 0.4 ميكرومتر مع الحفاظ على تسامح الأبعاد عند ± 0.01 مم. وهذا يجعل التبريد أكثر كفاءة بنسبة 15%.