ما هي المشاكل التي ستواجهها الأجزاء المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد إذا لم تتم المعالجة اللاحقة-؟

1. العيوب السطحية: تفاعل متسلسل من "الخشونة" إلى "الفشل الوظيفي".
عادةً ما تكون جودة سطح الكائنات المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد سيئة في البداية، مع مشاكل كبيرة بما في ذلك الطبقات والنتوءات والمسامية. على سبيل المثال، تقوم عملية SLM (الصهر بالليزر الانتقائي) بتكديس الطبقات فوق بعضها البعض لتكوين الأجزاء. يؤدي هذا إلى إنشاء "تأثير متدرج" كبير على سطح المنتج، مما يجعله أكثر خشونة من الآلات القياسية، التي تبلغ خشونتها (قيمة Ra) 10-20 ميكرون، وهي أعلى بكثير من 0.8-3.2 ميكرون في الآلات التقليدية. لا يغير هذا السطح الخشن مظهر الأشياء فحسب، بل يسبب أيضًا عددًا من المشكلات الوظيفية:

تركيز الإجهاد وبدء الكسر: يمكن للعيوب السطحية أن تخلق مواقع لتركيز الإجهاد، مما يسرع من انتشار الشقوق عند تحميل المادة أو تسخينها. على سبيل المثال، قبل السفع الرملي، يكون عمر الكلال لشفرة توربين محرك طيران معين 30% فقط مما ينبغي أن يكون. بعد السفع الرملي، يصل عمر الكلال إلى أكثر من 90%.
مقاومة أقل للتآكل: السطح الخشن يجعل من السهل على المواد المسببة للتآكل المرور من خلاله. على سبيل المثال، أظهرت الأجزاء غير المصقولة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L علامات التآكل خلال 24 ساعة من اختبار رش الملح. ومع ذلك، بعد التلميع الكهربائي، أصبحت الأجزاء قادرة على تحمل التآكل لأكثر من 500 ساعة.
معامل احتكاك أعلى: عندما يكون هناك سطحان متلامسان وينزلقان ضد بعضهما البعض، فإن خشونة السطح لها تأثير مباشر على مدى جودة الاحتكاك. عندما لم يتم تصنيع أجزاء عمود التروس في سيارة معينة بدقة فائقة، ارتفع معامل الاحتكاك إلى 0.15، مما يعني زيادة استخدام الطاقة بنسبة 12%. وبعد المعالجة فائقة الدقة، انخفض معامل الاحتكاك إلى 0.03، وانخفض استخدام الطاقة إلى قيمة التصميم.
2، 2، العيوب الداخلية: من "القاتل الخفي" إلى "الفشل الذريع" أزمة خفية
أثناء عملية الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد، يمكن أن يسبب الإجهاد الحراري وعدم الانصهار بين المسحوق والمعدن مشاكل مثل المسامية الداخلية والشقوق. إذا لم يتم إصلاح هذه العيوب أثناء-المعالجة اللاحقة، فإنها ستجعل الأجزاء غير موثوقة على الإطلاق.

الكثير من المسامية: وجدت دراسة أن أجزاء Ti-6Al-4V التي لم يتم ضغطها متساوي الضغط الساخن (HIP) يمكن أن تحتوي على مسامية تتراوح من 0.5% إلى 1%. بعد معالجة HIP، يمكن تقليل المسامية إلى أقل من 0.01%. المسامية العالية يمكن أن تجعل الجزء أقل كثافة، مما يجعله أكثر عرضة للكسر عندما يكون تحت التحميل الديناميكي.
الضغط المتبقي خارج عن السيطرة: أثناء الطباعة، يمكن للجزء أن يتراكم الضغط المتبقي إذا تم تسخينه وتبريده بسرعة. في إحدى حالات صنع القوالب، تم تشويه الأجزاء التي لم يتم تخفيف الضغط عليها-قبل الاستخدام وتغير شكلها، وهو ما يعني التخلص من القالب. بعد التلدين، تحسن استقرار أبعاد الأجزاء بنسبة 90%.
التنظيم غير المتساوي: قد تتسبب عملية ذوبان طبقة المسحوق في اختلاف حجم الحبوب كثيرًا في أجزاء مختلفة من الجزء. يصل حجم الحبوب المحلية إلى 100 ميكرون عندما لا يتم معالجة جزء معين من هيكل الطائرة بمحلول. ولكن بعد معالجة المحلول، أصبح حجم الحبوب متساويًا، بين 20 و30 ميكرون، وارتفعت مقاومة الكلال ثلاث مرات.
3. تدهور الأداء: الفرق في الأداء بين "الامتثال للتصميم" و"الفشل الفعلي"
حتى إذا كانت الأبعاد الهندسية للأجزاء تفي بمعايير التصميم، فإن أدائها الميكانيكي قد يكون أقل بكثير مما كان متوقعًا إذا لم تتم المعالجة- اللاحقة:

نظرت إحدى الدراسات في الأجزاء غير المعالجة والمعالجة بالحرارة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L. ووجدت أن قوة الشد للأجزاء غير المعالجة كانت عند القيمة التصميمية، لكن الاستطالة كانت 60% فقط من القيمة التصميمية. بعد المعالجة الحرارية، عادت الاستطالة إلى قيمتها التصميمية.
لا يتم توزيع الصلابة بشكل متساوٍ: عادةً ما تحتوي الأجزاء المصنوعة باستخدام تقنية ترسيب الطاقة المباشرة (DED) على تدرجات صلابة. كانت صلابة السطح لمدخل قالب معين 35HRC فقط قبل معالجة النيترة، ولكنها ارتفعت إلى 58HRC بعد المعالجة وارتفعت مقاومة التآكل بمقدار 5 مرات.
عدم وجود ثبات حراري كافٍ: فقد-الجزء المصنوع من سبيكة تتحمل درجة حرارة عالية ولم يتقادم بنسبة 20% من صلابته بعد العمل عند درجة حرارة 650 درجة لمدة 100 ساعة. ولكن بعد معالجة الشيخوخة، ارتفعت نسبة الاحتفاظ بالصلابة إلى أكثر من 95%.
4. التكلفة الاقتصادية: تكاليف خارجة عن السيطرة، من "إعادة العمل الجزئي" إلى "الإغلاق الكامل".
عدم إجراء{0}}المعالجة اللاحقة لا يؤدي فقط إلى جعل عمل الأجزاء أسوأ، بل يؤدي أيضًا إلى سلسلة من ردود الفعل على الاقتصاد:

ارتفعت تكلفة إعادة العمل كثيرًا. تخلص أحد صانعي قطع غيار السيارات من مجموعة كاملة من الأجزاء لأنهم لم يجروا أي معالجة لاحقة-، وتشكل مصاريف إعادة العمل 35% من إجمالي قيمة الطلب. ولكن إذا تم إجراء الاختبارات والإصلاحات غير المدمرة بعد الطباعة مباشرةً، فمن الممكن إبقاء التكلفة في حدود 5%.
دورة إنتاج أطول: نظرًا لأن جزءًا معينًا من هيكل الطيران لم يحصل على معالجة تقليل الضغط التي يحتاجها، فقد تعرض للانحناء أثناء التجميع. وقد أدى ذلك إلى إغلاق خط التصنيع بالكامل لمدة أسبوعين، مما كلف الشركة 2 مليون دولار.
لقد تضررت سمعة العلامة التجارية: فقد أدى فشل إحدى شركات تصنيع الأجهزة الطبية في تلميع سطح منتجاتها إلى زيادة عدد عمليات سحب المنتجات بنسبة 15%، وخسارة العملاء بنسبة 25%، وخسارة لا حصر لها في قيمة العلامة التجارية.