Mục đích chính của quá trình xử lý hậu kỳ cho in 3D kim loại là gì?

1. Loại bỏ các sai sót trong sản xuất: đảm bảo các mặt hàng đáp ứng các tiêu chí chất lượng
Bởi vì in 3D kim loại tạo thành các lớp nên sẽ luôn có những sai sót trên bề mặt và bên trong vật thể. Nếu những vấn đề này không được khắc phục, chúng sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến cách thức hoạt động của các bộ phận và thời gian sử dụng của chúng.

Sửa chữa các khuyết điểm bề mặt
Các bộ phận được in thường có vấn đề trên bề mặt của chúng, như đường kẻ lớp, vệt và phần hỗ trợ còn sót lại. Ví dụ, độ nhám bề mặt của các bộ phận hợp kim nhôm được in có thể cao tới Ra10–20 μm, lớn hơn đáng kể so với Ra1,6 μm của quá trình xử lý truyền thống. Các phương pháp xử lý bề mặt bao gồm phun cát, đánh bóng và mài có thể làm cho bề mặt mịn hơn nhiều. Ví dụ, sau quá trình phun cát, độ nhám bề mặt của một cánh động cơ hàng không nhất định đã tăng từ Ra15 μm lên Ra3,2 μm. Điều này giúp loại bỏ các vết nứt nhỏ trên bề mặt và ngăn chặn hiện tượng gãy xương do mỏi do tập trung ứng suất.
Loại bỏ những sai sót bên trong
Khi kim loại được in 3D, nó có thể có các khuyết tật bên trong như lỗ chân lông và vết nứt nếu bột không kết dính hoàn toàn hoặc khí không thoát ra đủ nhanh. Công nghệ ép đẳng tĩnh nóng (HIP) sử dụng môi trường-nhiệt độ và áp suất-cao (thường là 1000–1200 độ và 100–200 MPa) để thay đổi hình dạng của vật liệu, đóng các lỗ bên trong và tăng mật độ từ 98% lên hơn 99,9%. Sau khi một công ty thiết bị y tế nào đó sử dụng quy trình xử lý HIP để in 3D khớp háng bằng hợp kim titan, tuổi thọ mỏi đã tăng từ 10 ⁶ lần lên 10 ⁷ lần, đạt tiêu chuẩn quốc tế.
2. Cải thiện hiệu suất của vật liệu: đảm bảo chúng có thể xử lý được các điều kiện làm việc khắc nghiệt
Cấu trúc vi mô của các bộ phận in 3D bằng kim loại khác với cấu trúc của các sản phẩm được tạo ra trước đây và-cần phải xử lý hậu kỳ để chúng hoạt động tốt hơn về tổng thể.

Giảm căng thẳng dư thừa
Khi in 3D kim loại nóng lên và nguội đi nhanh chóng, nó sẽ để lại ứng suất dư. Ứng suất dư có thể bằng 50% đến 70% cường độ chảy của các bộ phận được in bằng thép không gỉ, có thể dễ dàng khiến chúng bị uốn cong hoặc vỡ. Giữ một vật gì đó ở nhiệt độ 500–700 độ trong 2–4 giờ và sau đó để nó nguội từ từ là một ví dụ về quy trình ủ có thể làm giảm hơn 80% ứng suất dư. Một công ty sản xuất phụ tùng ô tô đã nâng cao tuổi thọ của thép khuôn in 3D{12}}từ 50.000 lần lên 200.000 lần sau khi ủ. Họ cũng giảm 90% sự biến dạng.
Quy định cơ cấu tổ chức
Cấu trúc tinh thể dạng cột của vật liệu in gây ra tính dị hướng, khiến hiệu suất kém ổn định. Làm nguội và ủ có thể làm cho kích thước hạt nhỏ hơn và tạo ra cấu trúc martensitic nhất quán. Sau khi làm nguội (làm mát trong nước ở 1050 độ) và ủ (làm mát trong không khí ở 650 độ), độ bền kéo của thép không gỉ 316L tăng từ 680MPa lên 920MPa và độ giãn dài từ 40% đến 25%. Tuy nhiên, tính đẳng hướng được cải thiện rất nhiều, đó là điều mà các thành phần cấu trúc hàng không vũ trụ cần.
Cải thiện hiệu suất bề mặt
Các bộ phận có thể được chế tạo có khả năng chống ăn mòn và mài mòn tốt hơn bằng cách sử dụng các phương pháp xử lý bề mặt bao gồm mạ điện, mạ hóa học, anodizing và các phương pháp khác. Một công ty kỹ thuật hàng hải nào đó sử dụng kỹ thuật mạ niken phốt pho hóa học để xử lý van thép không gỉ in 3D-. Điều này giúp chúng có khả năng chống ăn mòn do phun muối trong 2000 giờ thay vì chỉ 240 giờ, đây là điều cần thiết cho các hoạt động-biển sâu.
3. Nâng cao độ chính xác về kích thước: đáp ứng các tiêu chuẩn lắp ráp chính xác
Độ chính xác về kích thước của in 3D kim loại thường là ± 0,1-0,5 mm, điều này khiến khó đáp ứng nhu cầu lắp ráp có độ chính xác-cao. Quá trình xử lý hậu kỳ sử dụng các phương pháp như gia công và cắt dây để làm cho mọi thứ khớp hoàn hảo.

Phù hợp với việc xử lý bề mặt
Đối với các bề mặt cần khớp với các bộ phận khác như lỗ, trục và mặt phẳng, các kỹ thuật như phay và mài phải được sử dụng để có được kích thước thiết kế phù hợp. Một công ty hàng không vũ trụ sử dụng một trung tâm gia công liên kết năm-trục để xử lý chính xác các giá đỡ bằng hợp kim titan in 3D-. Điều này duy trì dung sai kích thước của bề mặt tiếp xúc trong khoảng ± 0,3 mm đến ± 0,02 mm, đảm bảo rằng các giá đỡ vừa khít hoàn hảo với hệ thống động cơ.
Sửa chủ đề
Chủ đề in có thể gặp khó khăn bao gồm thiếu hồ sơ răng và lỗi bước. Phay hoặc cán ren có thể khắc phục độ chính xác của ren. Một công ty thiết bị y tế nào đó sử dụng công nghệ cán ren để làm đinh xương thép không gỉ in 3D. Độ chính xác của ren ở mức 6g (tiêu chuẩn ISO) và phạm vi dao động mô-men xoắn khi ghép với các tấm xương giảm từ ± 15% xuống ± 5%.
4. Tuân thủ các tiêu chuẩn ngành: được chứng nhận
Trong các ngành như chăm sóc sức khỏe và hàng không, có những tiêu chuẩn cao về chất lượng của linh kiện. Xử lý hậu kỳ là một bước quan trọng để đạt được các tiêu chuẩn này.

lĩnh vực chăm sóc sức khỏe
FDA nói rằng cấy ghép phải có độ nhám bề mặt Ra <0,8 μm và không để lại bất kỳ chất độc hại nào. Một công ty đã sử dụng phương pháp đánh bóng điện phân để in 3D khớp giả bằng hợp kim crom coban. Điều này làm cho bề mặt bớt gồ ghề hơn (Ra0,4 μm) và loại bỏ mọi ion niken còn sót lại trên bề mặt. Các bộ phận giả cũng đã vượt qua các bài kiểm tra tương thích sinh học.
ngành hàng không
Yêu cầu của NASA nói rằng các bộ phận kết cấu quan trọng phải có độ bền ít nhất gấp 10 lần so với bình thường. Một công ty đã sử dụng công nghệ tổng hợp xử lý nhiệt HIP+ để chế tạo đĩa tuabin hợp kim nhiệt độ cao-được in bằng niken-dựa trên-nhiệt độ cao. Đĩa tồn tại trong chu kỳ 1,2 × 10 ⁷ và đã vượt qua bài kiểm tra khả năng bay.
5. Giảm chi phí tổng thể: tìm sự cân bằng hợp lý giữa hiệu suất và chi phí
Quá trình xử lý hậu kỳ có thêm nhiều bước nhưng cuối cùng sẽ giảm chi phí bằng cách làm cho các bộ phận hoạt động tốt hơn và giảm lượng phế liệu.

Cắt giảm chi phí làm lại
Sau khi sử dụng công nghệ in 3D và xử lý nhiệt, một công ty chuyên sản xuất khuôn cho ô tô đã tăng-tỷ lệ khuôn vượt qua lần đầu tiên từ 60% lên 95% và cắt giảm 70% chi phí làm lại do biến dạng và nứt.
Kéo dài tuổi thọ của dịch vụ
Thân bơm bằng thép không gỉ được in 3D của một doanh nghiệp năng lượng cụ thể sử dụng phương pháp xử lý thấm nitơ bề mặt. Điều này giúp chúng có khả năng chống mài mòn cao gấp ba lần, kéo dài chu kỳ bảo trì từ ba tháng đến 12 tháng và cắt giảm 60% chi phí bảo trì hàng năm.