מהם הקשיים הנפוצים בהדפסת מתכת תלת-ממדית לאחר-עיבוד?

1. בקרת חספוס פני השטח: מעבר מ"ריק" ל"מוצר מוגמר"
מכיוון שהדפסת מתכת תלת מימדית בונה דברים בשכבות, למשטח יש מרקם מדורג עם חספוס (ערך Ra) שהוא בדרך כלל בין 6 ל-12 מיקרומטר. זה מחוספס משמעותית מעיבוד שבבי מסורתי, שיש לו ערך חספוס של 0.8 עד 1.6 מיקרומטר. לדוגמה, החספוס של הקיר הפנימי של תעלת הקירור עבור להבי מנועי מטוסים חייב להישמר מתחת ל-3 מיקרומטר, אחרת זה יוריד מאוד את יעילות העברת החום.
בעיות בטכנולוגיה:
מבנה תומך שיורי: מבנה התמיכה שיוחל במהלך ההדפסה כדי למנוע מהדברים לשנות צורה עלול להשאיר בורות או בליטות על פני השטח לאחר הסרתו.
הידבקות אבקה: כאשר חלקיקי אבקה לא נמסים לחלוטין, הם נדבקים למשטח, מה שנקרא "ספרואידיזציה".
עקבות מליטה בין-שכבתית: בליטות קטנות יכולות להיווצר במקום שבו נתיבי סריקת לייזר מצטלבים.
תְשׁוּבָה:
ליטוש כימי: שימוש בתמיסות חומציות או אלקליות כדי להמיס באופן סלקטיבי את שכבת פני השטח יכול להפוך אותה לחלקה יותר מ-1 מיקרומטר, אך עליך להיזהר מאוד לגבי משך הזמן שאתה משאיר אותה בתמיסה כדי למנוע יותר מדי קורוזיה.
טיפול בהתזת חול: משטח מט אחיד נוצר על ידי פגיעה במשטח עם-זרימת חול במהירות גבוהה. זה טוב עבור עיצובים מורכבים של חללים פנימיים, אבל זה עשוי גם ליצור תקלות משטח חדשות.
ליטוש אלקטרוליטי: שיטה זו משתמשת בעקרונות אלקטרוכימיים כדי ליישר את פני השטח ברמה מיקרוסקופית. זה יכול לספק אפקט מראה (Ra<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. תיקון פגמים פנימיים: המפתח להפיכת הדברים לדחוס וטוב יותר.
החלק הפנימי של חלקי מתכת מודפסים בתלת מימד יש בדרך כלל נקבוביות של 0.1% עד 5%. פגמים זעירים אלו עלולים לגרום להיווצרות סדקים, מה שמקצר מאוד את חיי העייפות של החלקים. לדוגמה, שתלי סגסוגת טיטניום עם נקבוביות גדולה מ-0.5% עלולים להיכשל בשילוב עם העצם.
בעיות בטכנולוגיה:
נקבוביות: אם עוצמת הלייזר נמוכה מדי או שיש באבקה יותר מדי חמצן, הבריכה המותכת עלולה להתפרק.
לא מספיק היתוך: חיבור חלש בין שכבות, מה שמוביל למיקרו שכבות.
סדק: סדק חם או קר המתרחש כאשר מתח שיורי מצטבר.
תְשׁוּבָה:
כבישה איזוסטטית חמה (HIP): החומר מופעל בלחץ רב (100-200 MPa) וחום (900-1200 מעלות). זה גורם לו לשנות צורה, לסגור נקבוביות פנימיות ולהעלות את הצפיפות שלו למעל 99.9%. לדוגמה, טיפול HIP שילש את חיי העייפות של מזרקי דלק במנועי LEAP מתוצרת GE Aviation.
חדירה מקומית: שיטת הספגה בוואקום ממלאת אזורים חשובים של חומרים מרוכבים על בסיס מתכת-, מה שהופך אותו טוב לקיבוע מבנים בעלי קירות דקים.
התכה מחדש בלייזר: ביצוע סריקה שנייה על אזורים עם פגמים משטחים או פנימיים יכול לעזור לשפר את הגרגר, אבל זה יכול גם להוסיף מתחים תרמיים חדשים.
3. ניהול מתח שיורי: הנדסת מערכות לבקרת דפורמציה
כאשר מתכת מודפסת בתלת מימד, הלחץ התרמי כתוצאה מחימום וקירור מהיר יכול להתקרב ל-50% עד 80% מחוזק התפוקה של החומר. זה יכול לגרום לחלקים להתעוות, להישבר או לשנות צורה. מתח שיורי יכול לגרום לעיוות של כמה מילימטרים בקונסטרוקציות של מסגרת גדולות, שהוא בהרבה מהמקובל.
בעיות בטכנולוגיה:
פיזור מתח לא אחיד: צורות גיאומטריות מורכבות גורמות לשינויים גדולים בשיפוע הטמפרטורה.
אפקט אילוץ מצע: מתח מצטבר בנקודה שבה הרכיב פוגש את המצע, מה שעלול לגרום בקלות לדלמינציה בין השכבות.
אתגר הדפסה מרובה-חומרים: העובדה שחומרים שונים מתרחבים בקצבים שונים גורמת להצטברות הלחץ מהר יותר.
תְשׁוּבָה:
לפני ההדפסה, חממו את המצע ל-200 עד 500 מעלות צלזיוס כדי להוריד את הפרש הטמפרטורה. לדוגמה, למכונות סדרת Precision מבית Yunyao Shenwei יש תכונת חימום מוקדם של מצע של 500 מעלות המורידה את הסיכוי להיסדק בחלקים מודפסים העשויים מסגסוגת טיטניום.
אופטימיזציה של אסטרטגיית הסריקה: השתמש ב"סריקת אי" או "סריקת לוח שחמט" כדי לפזר את קלט החום ולמנוע ממנו להתחמם מדי במקום אחד.
חישול הפגת מתח: לאחר ביצוע ההדפסה, טיפול בידוד נעשה ב-600-700 מעלות כדי להיפטר מיותר מ-80% מהלחץ שעדיין קיים.
4. הבטחה לדיוק ממדי: צעד קדימה מ"יציקה משוערת" ל"יציקה נטו"
הדפסת תלת-ממד מתכת מדויקת בדרך כלל עד ± 0.1 מ"מ, אך עבור חלקים שצריכים להיות מדויקים מאוד, כמו גלגלי שיניים של שעון, יש צורך בעיבוד נוסף. אבל קשה מאוד לעבוד עם מבני חלל פנימיים מורכבים, מבני סריג כאלה, וכרסום סטנדרטי או עיבוד שבבי חשמלי (EDM) עלולים לפגוע במבנה הפנימי.
בעיות בטכנולוגיה:
עיוות התכווצות: כאשר מתכת מתקררת, היא מתכווצת בנפח, מה שגורם לשינוי הממדים.
הפרעות ממבנים תומכים: תמיכה שארית מקשה על מציאת מישור הייחוס לעיבוד שבבי.
מבנים דקים-בקירות אינם נוקשים מספיק, ולכן עיבוד רעידות יכול לשבור כלים בקלות.
תְשׁוּבָה:
עיצוב פיצוי: הגדר את כמות הכיווץ במודל CAD מבעוד מועד (בדרך כלל בין 0.2% ל-0.5%) ובדוק את התיקון על ידי הדפסתו מספר פעמים.
עיבוד של חמישה-צירים: ציוד LASERTEC 65 3D של DMG MORI הוא דוגמה לכלי מכונת CNC מרובה-צירים שיכול לבצע גם הדפסה וגם כרסום בו-זמנית.
עיבוד אלקטרוכימי (ECM) הוא שיטה להסרת חומרים ללא צורך בכוח חיתוך מכני. זה טוב לעיבוד מדוייק של מבנים דקים-בקירות.
5. תאימות למספר חומרים: הבעיה עם חומרים מדורגים פונקציונלית
הדפסת מתכת תלת-ממדית נעה לאט לכיוון של ריבוי-חומרים מורכבים על מנת לענות על הצרכים של קל משקל, עמידות בפני קורוזיה ומוליכות. אבל העובדה שלחומרים שונים יש נקודות התכה משתנות ומקדמי התפשטות תרמית פירושה שכוח הקשר ביניהם אינו חזק מספיק, מה שעלול להוביל במהירות לדלמינציה או פיצוח.
בעיות בטכנולוגיה:
זיהום- צולב של אבקה: שאריות אבקה בתאים להדפסה עם מספר חומרים פוגעת בטוהר החומרים.
התנגשות בין פרמטרים של תהליך: יש להתאים חומרים משתנים עם עוצמת לייזר משתנות, מהירות סריקה והגדרות אחרות.
ביצועי הממשק מחמירים: שלבים שבירים מתרחשים במהירות כאשר חומרים שונים נפגשים.
תְשׁוּבָה:
מערכת אספקת אבקה מודולרית: לדוגמה, לציוד מסדרת RESEARCH מבית Yunyao Shenwei יש מיכלי אספקת אבקה עצמאיים המאפשרים לך להחליף בין שכבות חומר שונות.
עיבוד מוקדם של הממשק: השתמש בניקוי בלייזר או בהתזת פלזמה כדי להפוך את הממשק להיצמד טוב יותר.
אופטימיזציה של סימולציה מספרית: השתמש בתוכנת ANSYS או COMSOL כדי להדגים את האופן שבו התכונות התרמיות והמכניות של חומרים שונים מתקשרים במהלך תהליך ההדפסה. זה יעזור לך לקבוע את הפרמטרים הנכונים.
6. מציאת האיזון הנכון בין עלות ויעילות: הבעיה הגדולה ביותר בייצור-בקנה מידה גדול
הדפסת תלת מימד מתכת עולה 30% עד 70% מכל עלות המוצר, וזמן העיבוד ארוך (בדרך כלל פי 2-5 מזמן ההדפסה), מה שמקשה על השימוש בייצור המוני. לדוגמה, הליך היציקה המסורתי של בלוק צילינדר של מנוע רכב עולה בערך 500 יואן ליחידה. העלות של הדפסת תלת מימד ועיבוד שלאחר-, לעומת זאת, עשויה להיות יותר מ-3000 יואן.
בעיות בטכנולוגיה:
עלויות ציוד גבוהות: מרכזי עיבוד-מתקדמים בחמישה-צירים עולים יותר מ-5 מיליון יואן, בעוד שציוד HIP יכול לעלות עד 20 מיליון יואן.
אורך שרשרת תהליך: עליך לבצע מספר שלבים לפי הסדר, כגון חימום, חיתוך חוט, הסרת תמיכה, ליטוש ושוב ליטוש.
רמה נמוכה של אוטומציה: עדיין נדרשת עבודה ידנית לעיבוד שלאחר-חלקים מורכבים, מה שהופך אותו לפחות יעיל.
תְשׁוּבָה:
אינטגרציה חכמה של קווי ייצור: השתמשו בעגלות AGV לחיבור מדפסות תלת מימד, תנורים לטיפול בחום ומרכזי עיבוד שבבי כך שכל התהליך יפעל אוטומטית. לדוגמה, ציוד BLT-S800 של Platinum Technology מציע-יכולות זיהוי מקוון ועיבוד אדפטיבי מובנות.
ייצור תוסף: כדי לצמצם את מספר השלבים המגיעים לאחר ההדפסה, סנכרון עיבוד חלקי במהלך תהליך ההדפסה. מכונות INTEGREX i-400AM של מאזאק יכולות לעבור בין חיפוי לייזר לכרסום.
תכנון תהליכים דיגיטליים: שימוש בתוכנת Siemens NX או Magics כדי למצוא את נתיב העיבוד הטוב ביותר ולקצץ בזמן סרק.