Xử lý nhiệt có ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước trong in 3D kim loại không?

Tại sao xử lý nhiệt lại gây ra sự thay đổi kích thước trong các bộ phận in 3D kim loại

Động lực chính là sự giải phóng ứng suất dư tích tụ trong quá trình nóng chảy và hóa rắn nhanh chóng của quá trình SLM. Khi ứng suất giảm đi trong quá trình gia nhiệt, các bộ phận có thể bị cong, co lại hoặc xoắn.

Các yếu tố bổ sung bao gồm:

Sự giãn nở và co lại nhiệt trong chu kỳ làm nóng/làm mát.

Sự biến đổi pha gây ra sự thay đổi thể tích (ví dụ, trong hợp kim titan).

Cấu trúc hỗ trợ ảnh hưởng đến các hỗ trợ - có thể hạn chế sự biến dạng ở một số khu vực trong khi cho phép điều đó ở những khu vực khác.

Lồng cột sống Ti-6Al-4V đang được giảm căng thẳng ở góc 800 độ đã bị cong vênh 0,15–0,25 mm trên chiều dài 80 mm của nó. Điều này đủ để đẩy các bề mặt giao phối quan trọng vượt quá mức cho phép.

In 3D kim loạisự thay đổi kích thước trong quá trình xử lý nhiệt là kết quả trực tiếp của lịch sử nhiệt độc đáo của sản xuất bồi đắp.

Bạn thực sự nên mong đợi bao nhiêu sự thay đổi về chiều?

Phạm vi biến dạng điển hình để giảm ứng suất tiêu chuẩn là thay đổi tuyến tính 0,1–0,5%, mặc dù điều này thay đổi đáng kể theo hình học và quy trình. Hình học phức tạp, thành mỏng và phần nhô ra dài sẽ khuếch đại sự biến dạng. HIP có xu hướng tạo ra những thay đổi đồng đều hơn (nhưng đôi khi lớn hơn) do áp lực, trong khi việc giảm ứng suất đơn giản lại gây ra cong vênh cục bộ hơn.

Bảng dữ liệu: Phạm vi thay đổi kích thước điển hình

Quá trình xử lý sau-dung sai kích thước SLM yêu cầu phải lập kế hoạch trước.

Vật liệu-theo-Hành vi kích thước vật liệu khi xử lý nhiệt

Ti-6Al-4V: Độ nhạy cao do chuyển pha / gần 882 độ (beta transus). Biến dạng là điều thường gặp nếu không được kiểm soát cẩn thận.

Thép không gỉ 316L: Ổn định hơn nhưng cần tránh phạm vi nhạy cảm (450–850 độ).

Hợp kim CoCr: Thể tích thay đổi do kết tủa cacbua.

Inconel 718: Độ ổn định kích thước tốt nhưng được hưởng lợi từ việc cố định trong quá trình lão hóa.

AlSi10Mg: Rất dễ bị biến dạng; giới hạn ở nhiệt độ thấp hơn.

17-4PH: Sự co rút có thể dự đoán được trong quá trình lão hóa.

Bảng dữ liệu: Chất liệu-Hành vi cụ thể

Vai trò của thiết kế bộ phận trong việc kiểm soát sự thay đổi kích thước

Thiết kế thông minh giảm đáng kể rủi ro:

Duy trì độ dày tường đồng đều.

Sử dụng tính đối xứng và phân bố khối lượng cân bằng.

Tối ưu hóa các cấu trúc hỗ trợ để hạn chế các khu vực quan trọng.

Định hướng các bộ phận trên tấm xây dựng để giảm thiểu biến dạng phần nhô ra.

Thêm phôi gia công dựa trên các tính năng-có dung sai chặt chẽ.

Bảng dữ liệu: Tính năng thiết kế và rủi ro biến dạng

Thiết kế in 3D kim loại để xử lý nhiệt (DfAM) là điều cần thiết.

Cố định và kiểm soát quy trình giúp giảm thiểu biến dạng

Đồ đạc tùy chỉnh hạn chế chuyển động mà không tạo ra căng thẳng mới.

Tốc độ tăng tốc được kiểm soát và làm mát chậm là rất quan trọng.

Môi trường chân không hoặc khí trơ làm giảm các vấn đề liên quan đến quá trình oxy hóa-.

HIP thường tạo ra độ co đẳng hướng nhiều hơn so với ủ đứng tự do.

Một nhà sản xuất đang xử lý các giá đỡ hàng không vũ trụ Inconel 718 đã sử dụng các thiết bị cố định bằng than chì tùy chỉnh trong quá trình lão hóa, giảm sự phân tán kích thước từ ±0,3 mm xuống ±0,08 mm trên các chi tiết 150 mm.

Dự đoán sự thay đổi kích thước

Mô phỏng biến dạng dựa trên FEA-rất hữu ích nhưng yêu cầu xác thực bằng dữ liệu AM thực. Việc đền bù trước-theo kinh nghiệm (mở rộng quy mô hoặc-bóp méo STL trước) và kiểm tra-bài viết đầu tiên là tiêu chuẩn. Các nhà cung cấp hàng đầu duy trì cơ sở dữ liệu về vật liệu- và quy trình-cụ thể.

Gia công xử lý sau{0}}nhiệt-

Gia công sau khi xử lý nhiệt là cách đáng tin cậy nhất để đạt được dung sai chặt chẽ. Để lại khoảng 0,2–1,0 mm tùy thuộc vào tính năng và vật liệu. Hoàn thiện CNC, EDM và mài thường được sử dụng.

Bảng dữ liệu: Phụ cấp tồn kho gia công được đề xuất

Xác minh kích thước sau khi xử lý nhiệt

Sử dụng CMM cho các kích thước quan trọng, quét 3D để lập bản đồ độ lệch hoàn toàn và tập trung vào các tính năng GD&T như độ phẳng, độ song song và vị trí thực bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi biến dạng. Xây dựng cơ sở dữ liệu cho các phần lặp lại.

Câu hỏi thường gặp

Xử lý nhiệt có làm co các bộ phận kim loại in 3D không?

Nó có thể gây co ngót, giãn nở hoặc cong vênh tùy thuộc vào hợp kim, quy trình và hình dạng. Phổ biến nhất là co rút nhẹ hoặc biến dạng cục bộ.

Tôi dự kiến ​​sẽ thay đổi kích thước bao nhiêu sau khi giảm căng thẳng cho SLM Ti-6Al-4V?

Thông thường là 0,1–0,4% tuyến tính, với độ cong vênh lên tới 0,2–0,5 mm trên các bộ phận lớn hơn. Giá trị chính xác phụ thuộc vào hình học và thông số.

Bạn có thể gia công các bộ phận in 3D bằng kim loại sau khi xử lý nhiệt không?

Có - đây là phương pháp tiêu chuẩn để đạt được dung sai chặt chẽ cuối cùng.

Cách tốt nhất để kiểm soát sự biến dạng trong quá trình xử lý nhiệt của các bộ phận SLM là gì?

Kết hợp DfAM tốt (các phần đồng nhất, giá đỡ), cố định thích hợp, tốc độ tăng tốc được kiểm soát và kho-gia công sau.

HIP có gây ra sự thay đổi chiều nhiều hơn quá trình ủ giảm căng thẳng không?

HIP thường gây ra sự co rút đồng đều hơn do áp suất nhưng có thể dự đoán được dễ dàng hơn so với hiện tượng cong vênh do ủ tự do.

Làm cách nào để xác minh độ chính xác về kích thước sau khi xử lý nhiệt bộ phận in 3D kim loại?

Sử dụng CMM, quét 3D và so sánh các phép đo trước{1}} và sau điều trị bằng GD&T thích hợp.