Tại sao quá trình xử lý hậu kỳ lại xác định chất lượng cuối cùng của các bộ phận in 3D bằng kim loại?

1. Khắc phục các khuyết tật luyện kim: từ “lỏng lẻo và xốp” đến “đặc và hoàn hảo”
In 3D kim loại có những sai sót nội tại ở mức độ nhỏ vì nó tan chảy và đông cứng nhanh chóng.

Vấn đề về độ xốp: Trong quy trình SLM (Nung chảy bằng Laser có chọn lọc), các vi lỗ có thể hình thành bên trong bộ phận nếu bột không kết dính hoàn toàn hoặc khí bị giữ lại. Điều này có thể xảy ra khi độ xốp nằm trong khoảng từ 0,5% đến 1%. Những lỗ chân lông này sẽ là nơi đầu tiên xảy ra các vết nứt do mỏi, điều này sẽ làm cho các bộ phận ít khó bị gãy hơn. Ví dụ: tuổi thọ gãy trung bình của các cánh tuabin của một động cơ máy bay nhất định chỉ là 13 giờ ở 650 độ và 690 MPa nếu chúng không được xử lý sau. Tuy nhiên, sau khi xử lý ép nóng đẳng tĩnh (HIP), tuổi thọ vết nứt được cải thiện lên 131 giờ, đáp ứng yêu cầu thiết kế.
Kiểm soát ứng suất dư: Việc làm nguội vật liệu không đồng đều trong quá trình in có thể khiến ứng suất dư tích tụ bên trong bộ phận, khiến vật liệu bị uốn cong, gãy hoặc không khớp đồng nhất với nhau. Ví dụ, ứng suất dư trong hợp kim titan Ti6Al4V có thể cao hơn cường độ chảy ở các góc. Nếu không được ủ, hiện tượng "nổ cạnh" rất có thể xảy ra trong quá trình gia công tiếp theo; ủ ở 800-900 độ giúp tăng cường đáng kể độ ổn định xử lý.
Các bước quan trọng trong quá trình-xử lý hậu kỳ:

Ép đẳng tĩnh nóng (HIP): Khi vật liệu được nung nóng đến nhiệt độ rất cao (thường từ 900 đến 1200 độ) và áp suất rất cao (100 và 200 MPa), các lỗ bên trong của chúng sẽ đóng lại, khiến chúng dày đặc gần như gấp đôi.
Ủ để giảm ứng suất: Lực căng dư được giải phóng để làm cho kích thước ổn định hơn bằng cách làm nóng và làm mát từ từ các chu trình giữ. Ví dụ, sau khi được nung nóng đến 300 độ, ứng suất dư trong các bộ phận hợp kim nhôm AlSi10Mg giảm 80% và độ biến dạng được giữ trong khoảng 0,1 mm.
2. Cải thiện hiệu suất: Từ “Bất đẳng hướng” đến “Cân bằng đa hướng”
Chất lượng xếp chồng các lớp của in 3D kim loại làm cho các tính chất cơ học của nó khác nhau theo các hướng khác nhau (bất đẳng hướng). Quá trình-hậu kỳ có thể cân bằng hiệu suất bằng cách kiểm soát mô:

Tinh chế hạt: Tính linh hoạt và độ dẻo dai của vật liệu có thể bị giảm đi do các tinh thể dạng cột thô phát triển khi chất này nguội đi nhanh chóng sau khi in. Quá trình tinh chế ngũ cốc và kết tủa các giai đoạn tăng cường có thể được đẩy nhanh bằng cách xử lý dung dịch (như xử lý dung dịch 1080 độ của hợp kim nhiệt độ cao Inconel 718-) và xử lý lão hóa (lão hóa ở 550 độ trong 8 giờ). Điều này có thể nâng độ bền kéo lên hơn 1300 MPa.
Tăng cường độ cứng: Quá trình tôi nguội nhanh chóng làm nguội vật liệu, tạo ra cấu trúc martensitic khiến bề mặt cứng hơn rất nhiều. Sau khi tôi ở nhiệt độ 1050 độ, độ cứng của các bộ phận bằng thép không gỉ 316L tăng từ 180HV lên 350HV và các bộ phận này có khả năng chống mài mòn cao gấp ba lần.
Các bước quan trọng trong quá trình-xử lý hậu kỳ:

Gói xử lý nhiệt: Phương pháp "ủ+dung dịch+lão hóa" tùy chỉnh cho từng vật liệu, như "ủ 800 độ+550 lão hóa độ" cho Ti6Al4V, có thể cải thiện cả độ bền và độ dẻo dai cùng một lúc.
Bằng cách làm nóng bề mặt của bộ phận về mặt hóa học, chẳng hạn như thấm nitơ và thấm cacbon, một lớp phủ cứng được tạo ra giúp nó có khả năng chống mài mòn cao hơn. Sau khi xử lý thấm nitơ, độ cứng bề mặt của các bộ phận bánh răng có thể vượt quá 600HV và các bộ phận này có thể tồn tại lâu hơn gấp 5 lần.
3, Kiểm soát độ chính xác về kích thước: từ "đúc mở rộng" đến "lắp ráp chính xác"
Hầu hết các sản phẩm in 3D kim loại đều có độ chính xác kích thước ban đầu là ± 0,1mm, điều này khó đáp ứng nhu cầu lắp ráp chính xác. Tuy nhiên, việc gia công có thể giúp quá trình xử lý hậu kỳ-chính xác đến từng micromet.

Hiệu chỉnh các kích thước quan trọng: Gia công CNC phải được sử dụng để quản lý dung sai ở các vị trí bao gồm niêm phong, kết nối và di chuyển các cặp. Ví dụ, bề mặt tiếp giáp của bộ phận thân van thủy lực cần được gia công trên năm trục để cải thiện độ chính xác về kích thước từ ± 0,05mm đến ± 0,01mm.
Tháo bỏ cấu trúc hỗ trợ: Cấu trúc hỗ trợ được thêm vào trong quá trình in sẽ để lại một số dấu vết nhất định cần được xóa cẩn thận bằng gia công điện phân hoặc cắt laser để cấu trúc chính không bị hư hỏng.
Những cách quan trọng để xử lý sau:

Gia công chính xác: sử dụng-mài có độ chính xác cực cao, gia công phóng điện (EDM) và các phương pháp khác để đạt được mức độ chính xác từ IT5 đến IT7.
Tìm và sửa chữa mọi thứ trực tuyến: Máy đo tọa độ (CMM) cung cấp dữ liệu theo thời gian thực về sự khác biệt về kích thước để có thể thay đổi các tham số xử lý và sản xuất hàng loạt có thể nhất quán.
4. Chất lượng bề mặt tốt hơn: từ "lớp thô" đến "mịn-như gương"
Độ nhám bề mặt (Ra) của in 3D kim loại thường nằm trong khoảng từ 8 đến 12 μm, cao hơn đáng kể so với 0,8 đến 3,2 μm của gia công truyền thống. Quá trình xử lý sau{6}}có thể làm cho bề mặt trở nên mịn màng bằng cả phương pháp vật lý và hóa học:

Thúc đẩy bởi các yêu cầu chức năng: Trong lĩnh vực thiết bị y tế, độ nhám bề mặt phải được giữ ở mức dưới Ra<0.8 μ m to keep germs from sticking; in the field of optics, surface roughness must be below Ra<0.1 μ m to meet the need for transmittance.
Bảo vệ chống ăn mòn: Bề mặt gồ ghề có thể khiến các chất ăn mòn xâm nhập nhanh hơn nên cần được đánh bóng hoặc mạ điện để tạo thành lớp phủ bảo vệ dày. Ví dụ, sau khi đánh bóng bằng điện phân, các bộ phận kỹ thuật hàng hải giờ đây có thể chống ăn mòn do phun muối trong 500 giờ thay vì chỉ 24 giờ.
Các phương pháp xử lý hậu kỳ quan trọng:

Đánh bóng cơ học: Giá trị Ra được hạ xuống dưới 0,4 μm bằng cách áp dụng các phương pháp như mài đai cát và đánh bóng lưu biến từ tính.
Mạ hóa học hoặc mạ điện thêm các lớp kim loại như niken và crom lên bề mặt đồ vật để làm cho chúng trông đẹp hơn và bảo vệ chúng khỏi rỉ sét. Ví dụ, sau khi mạ niken hóa học, độ sáng bóng của một món đồ trang trí ô tô nào đó là hơn 90%.