Những khó khăn thường gặp trong quá trình-xử lý sau in 3D kim loại là gì?

1. Kiểm soát độ nhám bề mặt: từ “trống” đến “thành phẩm”
Bởi vì in 3D kim loại xây dựng mọi thứ theo lớp nên bề mặt có kết cấu bậc thang với độ nhám (giá trị Ra) thường nằm trong khoảng từ 6 đến 12 μm. Điều này về cơ bản là thô hơn so với gia công truyền thống, có giá trị độ nhám từ 0,8 đến 1,6 μm. Ví dụ, độ nhám của thành trong của kênh làm mát cho cánh động cơ máy bay phải được giữ ở mức dưới 3 μm, nếu không sẽ làm giảm đáng kể hiệu quả truyền nhiệt.
Vấn đề về công nghệ:
Cấu trúc hỗ trợ còn lại: Cấu trúc hỗ trợ được áp dụng trong quá trình in để giữ cho mọi thứ không bị thay đổi hình dạng có thể để lại các vết rỗ hoặc va đập trên bề mặt sau khi nó được tháo ra.
Độ bám dính của bột: Khi các hạt bột không tan chảy hoàn toàn, chúng sẽ bám vào bề mặt, hiện tượng này được gọi là "hình cầu".
Dấu vết liên kết giữa các lớp: Các va chạm nhỏ có thể hình thành ở nơi các đường quét laser giao nhau.
Trả lời:
Đánh bóng bằng hóa chất: Sử dụng dung dịch axit hoặc kiềm để hòa tan có chọn lọc lớp bề mặt có thể làm cho nó mịn hơn 1 μm, nhưng bạn cần phải hết sức cẩn thận về thời gian để trong dung dịch để tránh bị ăn mòn quá nhiều.
Xử lý phun cát: Bề mặt mờ đồng nhất được tạo ra bằng cách tác động lên bề mặt bằng dòng cát tốc độ cao. Điều này tốt cho các thiết kế khoang bên trong phức tạp, nhưng nó cũng có thể tạo ra các lỗi bề mặt mới.
Đánh bóng điện phân: Phương pháp này sử dụng các nguyên lý điện hóa để làm phẳng bề mặt ở mức độ vi mô. Nó có thể cung cấp hiệu ứng gương (Ra<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. Khắc phục những khuyết điểm bên trong: chìa khóa để khiến mọi thứ trở nên dày đặc và tốt đẹp hơn.
Mặt trong của các bộ phận in 3D kim loại thường có độ xốp từ 0,1% đến 5%. Những sai sót nhỏ này có thể hình thành các vết nứt, làm giảm đáng kể tuổi thọ mỏi của các bộ phận. Ví dụ, cấy ghép bằng hợp kim titan có độ xốp lớn hơn 0,5% có thể không tích hợp được với xương.
Vấn đề về công nghệ:
Lỗ chân lông: Nếu cường độ tia laser quá thấp hoặc bột có quá nhiều oxy, vũng nóng chảy có thể vỡ ra.
Sự kết hợp không đủ: liên kết yếu giữa các lớp, dẫn đến sự phân lớp vi mô.
Vết nứt: Vết nứt nóng hoặc lạnh xảy ra khi ứng suất dư tích tụ.
Trả lời:
Ép đẳng tĩnh nóng (HIP): Vật liệu được đặt dưới áp suất lớn (100–200 MPa) và nhiệt (900–1200 độ). Điều này làm cho nó thay đổi hình dạng, đóng các lỗ bên trong và tăng mật độ lên trên 99,9%. Ví dụ, việc xử lý HIP đã tăng gấp ba lần tuổi thọ mỏi của kim phun nhiên liệu trong động cơ LEAP do GE Aviation sản xuất.
Xâm nhập cục bộ: Phương pháp ngâm tẩm chân không lấp đầy các khu vực quan trọng của vật liệu composite{0}}làm bằng kim loại, rất phù hợp cho việc cố định các cấu trúc có thành mỏng.
Làm nóng chảy lại bằng laser: Thực hiện quét lần thứ hai trên các khu vực có khuyết tật bề mặt hoặc bên trong có thể giúp cải thiện hạt, nhưng nó cũng có thể tạo thêm các ứng suất nhiệt mới.
3. Quản lý ứng suất dư: Kỹ thuật hệ thống kiểm soát biến dạng
Khi kim loại được in 3D, ứng suất nhiệt do gia nhiệt và làm nguội nhanh có thể đạt tới 50% đến 80% cường độ chảy của vật liệu. Điều này có thể khiến các bộ phận bị biến dạng, gãy hoặc thay đổi hình dạng. Ứng suất dư có thể gây ra biến dạng vài mm trong các kết cấu khung lớn, cao hơn đáng kể so với mức có thể chấp nhận được.
Vấn đề về công nghệ:
Phân bố ứng suất không đồng đều: Hình dạng hình học phức tạp gây ra những thay đổi lớn về độ dốc nhiệt độ.
Hiệu ứng ràng buộc của chất nền: Ứng suất tích tụ tại điểm thành phần gặp chất nền, điều này có thể dễ dàng gây ra sự phân tách giữa các lớp.
Thách thức trong việc in nhiều{0}}chất liệu: Thực tế là các vật liệu khác nhau giãn nở ở tốc độ khác nhau khiến áp lực tăng lên nhanh hơn.
Trả lời:
Trước khi in, làm nóng chất nền đến khoảng 200 đến 500 độ C để giảm chênh lệch nhiệt độ. Ví dụ: dòng máy Precision của Yunyao Shenwei có tính năng làm nóng trước bề mặt 500 độ giúp giảm nguy cơ nứt ở các bộ phận in làm bằng hợp kim titan.
Tối ưu hóa chiến lược quét: Sử dụng "quét đảo" hoặc "quét bàn cờ" để tản nhiệt đầu vào và giữ cho nó không bị quá nóng ở một nơi.
Ủ giảm ứng suất: Sau khi in xong, xử lý cách nhiệt được thực hiện ở nhiệt độ 600–700 độ để loại bỏ hơn 80% ứng suất vẫn còn đó.
4. Đảm bảo độ chính xác về kích thước: một bước tiến từ "đúc gần đúng" sang "đúc lưới"
In 3D kim loại thường có độ chính xác trong khoảng ± 0,1mm, nhưng đối với các chi tiết cần độ chính xác cao, như bánh răng đồng hồ, thì cần phải gia công thêm. Nhưng rất khó để làm việc với các cấu trúc khoang bên trong phức tạp, các cấu trúc dạng lưới như vậy và gia công phay hoặc phóng điện tiêu chuẩn (EDM) có thể làm tổn thương cấu trúc bên trong.
Vấn đề về công nghệ:
Biến dạng co ngót: Khi kim loại nguội đi, nó co lại về thể tích, khiến kích thước thay đổi.
Sự can thiệp từ các kết cấu hỗ trợ: Hỗ trợ dư khiến việc tìm mặt phẳng tham chiếu gia công trở nên khó khăn hơn.
Cấu trúc có thành mỏng không đủ cứng nên việc xử lý rung động có thể dễ dàng làm gãy các công cụ.
Trả lời:
Thiết kế bù đắp: Đặt trước mức độ co rút trong mô hình CAD (thường từ 0,2% đến 0,5%) và kiểm tra cách khắc phục bằng cách in nhiều lần.
Gia công liên kết năm{0}}trục: Thiết bị LASERTEC 65 3D của DMG MORI là một ví dụ về máy công cụ CNC nhiều-trục có thể thực hiện cả in và phay cùng một lúc.
Gia công điện hóa (ECM) là phương pháp loại bỏ vật liệu mà không cần đến lực cắt cơ học. Nó phù hợp để gia công chính xác các cấu trúc có thành mỏng.
5. Khả năng tương thích với một số vật liệu: vấn đề với vật liệu được phân loại theo chức năng
In 3D kim loại đang dần chuyển sang hướng tổng hợp nhiều vật liệu để đáp ứng nhu cầu về trọng lượng nhẹ, khả năng chống ăn mòn và độ dẫn điện. Nhưng thực tế là các vật liệu khác nhau có điểm nóng chảy và hệ số giãn nở nhiệt khác nhau có nghĩa là độ bền liên kết giữa chúng không đủ mạnh, điều này có thể nhanh chóng dẫn đến sự tách lớp hoặc nứt.
Vấn đề về công nghệ:
-Nhiễm bẩn chéo của bột: Bột còn lại trong các ngăn để in bằng nhiều vật liệu sẽ làm giảm độ tinh khiết của vật liệu.
Xung đột tham số quy trình: các vật liệu khác nhau cần phải phù hợp với công suất laser, tốc độ quét và các cài đặt khác khác nhau.
Hiệu suất của bề mặt trở nên kém hơn: các pha giòn xảy ra nhanh chóng khi các vật liệu khác nhau gặp nhau.
Trả lời:
Hệ thống cung cấp bột theo mô-đun: Ví dụ, thiết bị dòng RESEARCH của Yunyao Shenwei có các thùng cung cấp bột độc lập cho phép bạn trao đổi giữa các lớp vật liệu khác nhau.
Xử lý sơ bộ giao diện: Sử dụng phương pháp làm sạch bằng laser hoặc phun plasma để giao diện bám dính tốt hơn.
Tối ưu hóa mô phỏng số: Sử dụng phần mềm ANSYS hoặc COMSOL để mô hình hóa cách các tính chất cơ học và nhiệt của các vật liệu khác nhau tương tác trong quá trình in. Điều này sẽ giúp bạn thiết lập các thông số phù hợp.
6. Tìm sự cân bằng phù hợp giữa chi phí và hiệu quả: Vấn đề lớn nhất với-sản xuất quy mô lớn
In 3D kim loại tốn 30% đến 70% toàn bộ giá thành sản phẩm và thời gian xử lý dài (thường gấp 2–5 lần thời gian in), khiến khó sử dụng trong sản xuất hàng loạt. Ví dụ, quy trình đúc truyền thống cho khối xi lanh của động cơ ô tô tốn khoảng 500 nhân dân tệ mỗi mảnh. Mặt khác, chi phí in 3D và-xử lý hậu kỳ có thể lên tới hơn 3000 nhân dân tệ.
Vấn đề về công nghệ:
Chi phí thiết bị cao: Các trung tâm gia công năm{1} trục cao cấp có giá hơn 5 triệu nhân dân tệ, trong khi thiết bị HIP có thể có giá lên tới 20 triệu nhân dân tệ.
Độ dài chuỗi quy trình: Bạn cần thực hiện một số bước theo thứ tự như nung nóng, cắt dây, tháo giá đỡ, đánh bóng và đánh bóng lại.
Mức độ tự động hóa thấp: Vẫn cần thực hiện thao tác thủ công để-xử lý các phần phức tạp, điều này khiến công việc này kém hiệu quả hơn.
Trả lời:
Tích hợp dây chuyền sản xuất thông minh: Sử dụng xe đẩy AGV để kết nối máy in 3D, lò xử lý nhiệt và trung tâm gia công để toàn bộ quy trình chạy tự động. Ví dụ: thiết bị BLT-S800 của Platinum Technology cung cấp-khả năng phát hiện trực tuyến và xử lý thích ứng tích hợp.
Sản xuất bồi đắp: Để cắt giảm số lượng công đoạn sau khi in, hãy đồng bộ hóa gia công từng phần trong quá trình in. Máy INTEGREX i-400AM của Mazak có thể chuyển đổi giữa phủ laze và phay.
Lập kế hoạch quy trình kỹ thuật số: Sử dụng phần mềm Siemens NX hoặc Magics để tìm ra đường gia công tốt nhất và giảm thời gian nhàn rỗi.