لماذا تتسبب المعالجة الحرارية في تغيير أبعاد الأجزاء المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد؟
المحرك الأساسي هو إطلاق الضغط المتبقي الذي تراكم أثناء الذوبان السريع والتصلب لعملية SLM. ومع استرخاء الضغوط أثناء التسخين، يمكن للأجزاء أن تتشوه أو تتقلص أو تلتوي.
تشمل العوامل الإضافية ما يلي:
التمدد والانكماش الحراري أثناء دورات التسخين/التبريد.
تحولات الطور التي تسبب تغيرات في الحجم (على سبيل المثال، في سبائك التيتانيوم).
يمكن أن يؤدي تأثير دعم البنية - إلى تقييد التشوه في بعض المناطق مع السماح به في مناطق أخرى.
شهد القفص الشوكي Ti-6Al-4V الذي يخضع لتخفيف الضغط عند 800 درجة انحرافًا يبلغ 0.15-0.25 مم عبر طوله 80 مم. كان هذا كافيًا لدفع أسطح التزاوج الحرجة إلى خارج نطاق التسامح.
الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاديعد التغير في الأبعاد أثناء المعالجة الحرارية نتيجة مباشرة للتاريخ الحراري الفريد للتصنيع الإضافي.
ما مقدار التغيير في الأبعاد الذي يجب أن تتوقعه فعليًا؟
نطاقات التشوه النموذجية لتخفيف الضغط القياسي هي 0.1-0.5% تغيير خطي، على الرغم من أن هذا يختلف بشكل كبير حسب الهندسة والعملية. تعمل الأشكال الهندسية المعقدة والجدران الرقيقة والأجزاء الطويلة على تضخيم التشويه. يميل HIP إلى إنتاج تغييرات أكثر اتساقًا (ولكنها أكبر في بعض الأحيان) بسبب الضغط، في حين أن تخفيف الضغط البسيط يسبب المزيد من التشوهات المحلية.
جدول البيانات: نطاقات تغيير الأبعاد النموذجية
|
مادة |
تخفيف التوتر |
خاصرة |
علاج الحل والشيخوخة |
ملحوظات |
|
تي-6Al-4V |
0.1–0.4% |
0.2–0.6% |
0.15–0.5% |
مرحلة التحول الحساسة |
|
316L غير القابل للصدأ |
0.05–0.25% |
0.1–0.3% |
N/A |
مستقرة نسبيا |
|
سبائك CoCr |
0.1–0.35% |
0.15–0.4% |
0.2–0.45% |
آثار كربيد |
|
إنكونيل 718 |
0.08–0.3% |
0.1–0.35% |
0.1–0.4% |
استقرار جيد |
|
السي10 ملغ |
0.2–0.7% |
استخدام محدود |
N/A |
أعلى حساسية |
تتطلب المعالجة اللاحقة لتفاوت أبعاد SLM-تخطيطًا مسبقًا.
المادة-بواسطة-سلوك أبعاد المادة تحت المعالجة الحرارية
Ti-6Al-4V: حساس للغاية بسبب التحول / الطور بالقرب من 882 درجة (ترانزوس بيتا). يعد التشويه أمرًا شائعًا إذا لم يتم التحكم فيه بعناية.
الفولاذ المقاوم للصدأ 316L: أكثر استقرارًا ولكنه يتطلب تجنب نطاق الحساسية (450-850 درجة).
سبائك CoCr: يتغير الحجم من ترسيب الكربيد.
Inconel 718: ثبات جيد للأبعاد ولكنه يستفيد من التثبيت أثناء التقادم.
AlSi10Mg: معرض للتشوه الشديد-؛ يقتصر على درجات الحرارة المنخفضة.
17-4PH: انكماش متوقع أثناء الشيخوخة.
جدول البيانات: المادة-السلوك المحدد
|
مادة |
نطاق درجة الحرارة النموذجية |
خطر تغيير المرحلة |
التحول الخطي النموذجي |
|
تي-6Al-4V |
700-950 درجة |
عالي |
0.1–0.5% |
|
316L |
600-1100 درجة |
واسطة |
0.05–0.3% |
|
السي10 ملغ |
200-300 درجة |
قليل |
0.2–0.7% |
دور تصميم الأجزاء في التحكم في تغير الأبعاد
التصميم الذكي يقلل المخاطر بشكل كبير:
الحفاظ على سمك الجدار موحدة.
استخدم التماثل والتوزيع المتوازن للكتلة.
تحسين هياكل الدعم لتقييد المجالات الحيوية.
قم بتوجيه الأجزاء الموجودة على لوحة التصميم لتقليل التشوه المتدلي.
أضف مخزون الآلات إلى ميزات التسامح -الشديدة.
جدول البيانات: ميزة التصميم مقابل مخاطر التشويه
|
ميزة التصميم |
خطر التشويه |
استراتيجية التخفيف |
|
جدران رقيقة (<2mm) |
عالي |
أضف أضلاعًا أو دعامات مؤقتة |
|
متدلية طويلة |
عالي |
تحسين التوجه + الدعم |
|
هندسة غير متماثلة |
عالي |
موازنة الكتلة أو استخدام التثبيت |
|
أقسام موحدة |
قليل |
تخفيف التوتر القياسي |
يعد تصميم الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد للمعالجة الحرارية (DfAM) أمرًا ضروريًا.
أدوات التحكم في التثبيت والعمليات التي تقلل من التشويه
التركيبات المخصصة تقيد الحركة دون خلق ضغوط جديدة.
تعد معدلات المنحدر التي يتم التحكم فيها والتبريد البطيء أمرًا بالغ الأهمية.
تعمل الأجواء المفرغة أو الغازية الخاملة على تقليل المشكلات المرتبطة بالأكسدة.
غالبًا ما ينتج عن HIP انكماش أكثر تناحيًا مقارنة بالتليين-المستقر.
تستخدم إحدى الشركات المصنعة التي تعالج دعامات الطيران Inconel 718 تركيبات جرافيت مخصصة أثناء التعتيق، مما يقلل من تشتت الأبعاد من ±0.3 مم إلى ±0.08 مم على ميزات 150 مم.
التنبؤ بالتغير الأبعاد
تعد محاكاة التشوه المستندة إلى FEA- مفيدة ولكنها تتطلب التحقق من الصحة باستخدام بيانات AM الحقيقية. إن التعويض التجريبي المسبق- (القياس أو التشويه المسبق-للمحكمة الخاصة بلبنان) وفحص المقالة الأولى-هو معيار قياسي. يحتفظ كبار الموردين بالمواد- ويعالجون-قواعد بيانات محددة.
ما بعد -المعالجة الحرارية-المعالجة الآلية
يعد التصنيع بعد المعالجة الحرارية الطريقة الأكثر موثوقية لتحقيق التفاوتات الصارمة. اترك 0.2-1.0 مم من المخزون حسب الميزة والمواد. يتم استخدام التشطيب باستخدام الحاسب الآلي، والتنظيم الإداري، والطحن بشكل شائع.
جدول البيانات: بدل مخزون الآلات الموصى به
|
نوع الميزة |
تي-6Al-4V |
316L |
إنكونيل |
|
التزاوج الحرجة |
0.5-0.8 ملم |
0.3-0.6 ملم |
0.4-0.7 ملم |
|
الأسطح العامة |
0.3 ملم |
0.2 ملم |
0.3 ملم |
التحقق من الأبعاد بعد المعالجة الحرارية
استخدم CMM للأبعاد الحرجة، والمسح ثلاثي الأبعاد لرسم خرائط الانحراف الكامل، وركز على ميزات GD&T مثل التسطيح والتوازي والموضع الحقيقي الأكثر تأثراً بالتشويه. بناء قاعدة بيانات للأجزاء المتكررة.
الأسئلة المتداولة
هل تؤدي المعالجة الحرارية إلى تقليص الأجزاء المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد؟
يمكن أن يسبب انكماشًا أو تمددًا أو انحرافًا اعتمادًا على السبيكة والعملية والهندسة. الأكثر شيوعًا هو الانكماش الطفيف أو التشوه الموضعي.
ما مقدار التغير في الأبعاد الذي يجب أن أتوقعه بعد تخفيف الضغط لـ SLM Ti-6Al-4V؟
عادة 0.1-0.4% خطي، مع انفتال يصل إلى 0.2-0.5 ملم على الأجزاء الأكبر. تعتمد القيم الدقيقة على الشكل الهندسي والمعلمات.
هل يمكنك تصنيع الأجزاء المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد بعد المعالجة الحرارية؟
نعم - هذه ممارسة قياسية لتحقيق التفاوتات النهائية المشددة.
ما هي أفضل طريقة للتحكم في التشوه أثناء المعالجة الحرارية لأجزاء SLM؟
اجمع بين DfAM الجيد (الأقسام الموحدة، والدعامات)، والتركيبات المناسبة، ومعدلات التدرج الخاضعة للرقابة، ومخزون ما بعد التشغيل الآلي.
هل يسبب HIP تغييرًا في الأبعاد أكثر من التلدين لتخفيف الضغط؟
غالبًا ما يتسبب HIP في انكماش أكثر اتساقًا بسبب الضغط ولكن يمكن التنبؤ به بشكل أكبر من صفحة الحرب الملدنة الحرة.
كيف يمكنني التحقق من دقة الأبعاد بعد المعالجة الحرارية لجزء معدني مطبوع ثلاثي الأبعاد؟
استخدم CMM والمسح ثلاثي الأبعاد وقارن بين قياسات ما قبل- وبعد- العلاج باستخدام GD&T المناسبين.