Sự khác biệt giữa quá trình-xử lý sau in 3D kim loại và gia công truyền thống là gì?

一, Nguyên lý kỹ thuật: Sự khác biệt giữa quy trình sản xuất cộng và trừ
In 3D kim loại là một loại sản xuất bồi đắp (AM) tạo ra các vật thể ba chiều bằng cách xếp chồng các lớp bột kim loại (như hợp kim titan và thép không gỉ) hoặc dây rồi nấu chảy và đông đặc chúng bằng các nguồn nhiệt như tia laze và chùm tia điện tử. Quy trình này không cần khuôn và có thể biến mô hình kỹ thuật số thành đồ thật ngay lập tức. Tuy nhiên, bề mặt của bộ phận đúc thô (Ra6,3–12,5 μm) và có thể có ứng suất dư hoặc các khuyết tật lỗ nhỏ bên trong cần được khắc phục để có hiệu suất tốt hơn bằng quá trình xử lý sau{6}}.

Gia công truyền thống dựa trên ý tưởng sản xuất trừ. Nó bắt đầu với một phôi kim loại đầy đủ và sử dụng các công cụ cắt như tiện, phay và khoan để loại bỏ vật liệu thừa cho đến khi đạt được hình dạng mong muốn. Nó có ưu điểm là độ chính xác đúc tuyệt vời (lên đến mức IT5) và độ mịn bề mặt tốt (Ra0,1-0,4 μm), nhưng khó gia công với các hình dạng phức tạp (chẳng hạn như bề mặt rỗng và không bằng phẳng) và tỷ lệ sử dụng vật liệu thấp (chỉ 50% đến 70%).

Sự khác biệt chính:

Trạng thái vật liệu: Sau khi in 3D, cần phải xử lý các đặc tính luyện kim bột (như độ xốp) và gia công cần khắc phục các vấn đề biến dạng xảy ra khi áp dụng ứng suất cắt.
Tự do thiết kế: Tính năng in 3D có thể thực hiện "in không được hỗ trợ" các cấu trúc phức tạp và-xử lý hậu kỳ chỉ cần đảm bảo hiệu suất cục bộ tốt nhất có thể; Việc gia công bị hạn chế bởi việc dễ dàng lấy được dụng cụ cắt và các cấu trúc phức tạp cần được tháo rời và lắp lại với nhau sau khi gia công.
2, Luồng quy trình: Tách đường dẫn từ "khắc phục sự cố" sang "làm cho mọi thứ chính xác hơn"
1. Xử lý hậu kỳ in 3D kim loại: Tối ưu hóa cộng tác đa liên kết
Thường có bốn giai đoạn chính trong quá trình-xử lý hậu kỳ các bộ phận in 3D bằng kim loại:

Làm sạch và loại bỏ hỗ trợ: Loại bỏ cấu trúc hỗ trợ được tạo ra trong quá trình in và bột còn sót lại trên bề mặt bằng cách làm sạch siêu âm. Ví dụ, sau khi in các cánh động cơ máy bay, giá đỡ bằng hợp kim titan cần phải được khắc hóa học để không phải tháo ra bằng phương pháp cơ học, điều này có thể gây hại cho bề mặt.
Xử lý nhiệt là quá trình loại bỏ ứng suất còn sót lại và làm cho vật liệu tốt hơn bằng cách sử dụng các phương pháp như ủ và làm nguội. Ví dụ: một nhà cung cấp phụ tùng ô tô đã sử dụng phương pháp xử lý nhiệt T6 trên khung hợp kim nhôm in 3D{3}}, giúp khung này chắc chắn hơn và nhẹ hơn bằng cách tăng độ bền kéo từ 320MPa lên 380MPa.
Với gia công cơ khí chính xác, bạn có thể phay CNC hoặc mài các kích thước cần thiết (chẳng hạn như bề mặt bịt kín và bề mặt tiếp xúc) trong phạm vi ± 0,01 mm. Ví dụ: một doanh nghiệp sản xuất bộ phận cấy ghép y tế đã sử dụng một trung tâm gia công liên kết năm{2}}trục để giảm độ nhám bề mặt của cốc ổ cối bằng hợp kim titan được in 3D từ Ra3,2 μm xuống Ra0,8 μm, đáp ứng các tiêu chuẩn về khả năng tương thích sinh học của bộ phận cấy ghép.
Xử lý bề mặt: Sử dụng các phương pháp như phun cát, mạ điện, anodizing và các phương pháp khác để làm cho bề mặt có khả năng chống ăn mòn tốt hơn. Một công ty kỹ thuật hàng hải sử dụng công nghệ oxy hóa hồ quang vi mô để tạo ra một lớp màng oxit dày trên bề mặt van hợp kim nhôm in 3D. Điều này làm cho chúng có khả năng chống ăn mòn trong nước biển cao gấp 5 lần.
2. Xử lý sau gia công truyền thống-: cải thiện cả độ chính xác và tính hữu ích cùng một lúc
Mục tiêu chính của quá trình gia công truyền thống-xử lý sau là cải thiện độ chính xác và chức năng. Cách làm cũng khá đơn giản:

Làm mờ và vát cạnh: Sử dụng các công cụ thủ công hoặc tự động để loại bỏ các vệt còn sót lại trong quá trình cắt. Điều này sẽ giữ cho tổ hợp không bị hư hỏng.
Tăng cường bề mặt: Làm cho bề mặt cứng hơn bằng cách sử dụng các phương pháp như lăn và phun bi. Ví dụ, một công ty sản xuất bánh răng đã sử dụng phương pháp mài mòn để tăng ứng suất nén trên bề mặt bánh răng được gia công lên 30% và tăng gấp đôi tuổi thọ mỏi của chúng.
Lớp phủ chức năng là quá trình mang lại cho các bộ phận những phẩm chất nhất định thông qua các phương pháp như mạ hóa học và mạ điện. Ví dụ, một công ty sản xuất đầu nối điện tử đã sử dụng phương pháp mạ niken hóa học để tạo ra lớp niken dày 0,5 μm trên các đầu nối bằng hợp kim đồng được gia công, giúp cho việc hàn trở nên đáng tin cậy hơn nhiều.
So sánh chính:

Độ phức tạp của quy trình: Quá trình xử lý sau in 3D-cần có sự cộng tác giữa nhiều liên kết và các thông số xử lý nhiệt cần được thay đổi dựa trên đặc tính của vật liệu. Mức độ tiêu chuẩn hóa cho quy trình-xử lý sau gia công cao, nhưng các cấu trúc phức tạp có thể cần nhiều kẹp.
Cơ cấu chi phí: Chi phí xử lý sau in 3D chiếm một phần lớn trong tổng chi phí (lên tới 40%), chủ yếu là do chi phí thiết bị xử lý nhiệt và gia công chính xác. Chi phí-gia công sau khi gia công thấp (khoảng 10%–15%), nhưng chi phí mài mòn dụng cụ cao trong-quy mô sản xuất lớn.
3, Kịch bản ứng dụng: chuyển từ "tùy chỉnh-giá trị gia tăng cao" sang "tiêu chuẩn hóa quy mô-lớn" trong cùng một miền
1.-xử lý hậu kỳ quá trình in 3D kim loại: tập trung vào các ngưỡng nâng cao và các tình huống có giá trị.
Hàng không vũ trụ: Một công ty hàng không vũ trụ nào đó sử dụng công nghệ in 3D để chế tạo buồng đốt động cơ. Để đạt được mật độ vật chất 99,9%, họ loại bỏ các lỗ bên trong bằng cách xử lý chúng bằng phương pháp ép đẳng tĩnh nóng (HIP). Điều này giúp các bộ phận trở nên đáng tin cậy trong môi trường-áp suất cao và nhiệt độ-cao.
Cấy ghép y tế: Một công ty chỉnh hình cụ thể sử dụng xương nhân tạo có cấu trúc xốp bằng hợp kim titan in 3D-, cải thiện kết nối lỗ chân lông thông qua phương pháp điều trị đánh bóng điện phân, khuyến khích tăng sinh tế bào xương và nâng tỷ lệ thành công lâm sàng lên 98%.
Khuôn phức tạp: Một nhà cung cấp nội thất ô tô nào đó đã cắt giảm 40% chu kỳ ép phun và nâng năng suất sản phẩm lên 99,5% bằng cách in 3D khuôn kênh làm mát phù hợp và sử dụng EDM (gia công phóng điện) để cải thiện khoang khuôn.
2. Xử lý sau gia công truyền thống-: dẫn đầu-quy trình sản xuất quy mô lớn và tiêu chuẩn hóa
Động cơ ô tô: Một hãng xe nhất định chế tạo các bộ phận quan trọng như khối xi lanh và trục khuỷu bằng cách gia công chúng, sau đó xử lý chúng bằng phương pháp thấm cacbon và tôi để làm cho bề mặt cứng hơn. Điều này làm cho động cơ có tuổi thọ 200.000 km.
Điện tử tiêu dùng: Một công ty sản xuất điện thoại di động sử dụng gia công CNC trên khung hợp kim nhôm và xử lý anodizing để mang lại cho chúng vẻ ngoài đầy màu sắc. Họ có thể sản xuất hơn 5 triệu sản phẩm mỗi tháng.
Máy móc thông dụng: Một công ty van nhất định chế tạo van bi có độ chính xác-cao bằng cách gia công chúng rồi thêm lớp mạ crom chắc chắn để giúp chúng có khả năng chống mài mòn tốt hơn. Những van này tồn tại hơn 10 năm.
Xu hướng trên thị trường:

Sản xuất tích hợp: Ngày càng có nhiều doanh nghiệp sử dụng kết hợp "in 3D + gia công". Ví dụ: một nhà cung cấp các bộ phận hàng không tạo ra các khoảng trống gần như dạng lưới bằng cách sử dụng in 3D và sau đó sử dụng phương pháp gia công để có được độ chính xác cuối cùng. Điều này làm tăng việc sử dụng vật liệu lên 85% và cắt giảm 60% chu kỳ sản xuất.
Nâng cấp thông minh: Các thuật toán AI đang được thêm vào quá trình xử lý hậu kỳ in 3D-để cải thiện các thông số quy trình. Ví dụ: một công ty đã sử dụng các mô hình học máy để đoán xem quá trình xử lý nhiệt sẽ thay đổi hình dạng của một vật gì đó như thế nào, điều này đã nâng tỷ lệ đạt tiêu chuẩn xử lý từ 82% lên 95%.