Quá trình-xử lý hậu kỳ có ảnh hưởng đến độ chính xác về kích thước của các bộ phận in 3D bằng kim loại không?

一, Mối liên hệ giữa các phương pháp-xử lý hậu kỳ và mức độ chính xác của các thứ nguyên
Có ba loại xử lý hậu kỳ chính cho in 3D kim loại: xử lý cơ học, xử lý nhiệt và xử lý bề mặt. Cách mà các kỹ thuật khác nhau ảnh hưởng đến độ chính xác của các chiều là rất khác nhau.

1. Xử lý cơ học: con dao hai lưỡi-để khiến mọi việc trở nên chính xác hơn
Cách đơn giản nhất để khắc phục sự khác biệt về kích thước là xử lý cơ học, như phay CNC, mài và gia công phóng điện. Ví dụ: sau khi in một đĩa tuabin động cơ máy bay cụ thể, phay liên kết năm{1}}trục đã giảm sai số độ tròn từ 0,1 mm xuống 0,02 mm và cải thiện độ nhám bề mặt Ra từ 6,3 μm xuống 1,6 μm. Tuy nhiên, để cải thiện độ chính xác gia công, bạn cần có khả năng kiểm soát hiệu suất của thiết bị và các thông số quy trình thật cẩn thận. Ví dụ: nếu độ sâu cắt quá sâu hoặc tốc độ tiến quá nhanh, các bộ phận có thể bị biến dạng nhiệt. Nếu độ mòn của dụng cụ không được thay thế kịp thời có thể gây ra lỗi gia công. Ví dụ, một công ty đã không thay bánh mài kịp thời, điều này khiến cho bề mặt của một lô bộ phận hợp kim titan xuất hiện các gợn sóng. Tỷ lệ phế liệu cuối cùng là 15%.

2. Xử lý nhiệt: Cuộc chiến giữa giải phóng ứng suất và thay đổi kích thước
Xử lý nhiệt, bao gồm ủ, làm nguội và xử lý dung dịch, thay đổi cấu trúc vi mô của vật liệu để loại bỏ ứng suất dư. Tuy nhiên, nó cũng có thể ảnh hưởng đến kích thước của vật liệu. Ví dụ: sau khi xử lý bằng dung dịch rắn và lão hóa, tuổi thọ gãy trung bình của hợp kim nhiệt độ cao-IN718 ở 650 độ đã lên tới 173 giờ. Tuy nhiên, tỷ lệ co rút theo chiều dọc là 0,3% và tỷ lệ co rút theo chiều ngang là 0,15%. Độ co ngót không đồng đều này cần được điều chỉnh bằng cách bù thiết kế (chẳng hạn như để lại biên độ gia công 0,5mm) hoặc tối ưu hóa quy trình (như dập tắt phân loại). Một doanh nghiệp sản xuất mô cấy y tế đã cải thiện các thông số của quy trình xử lý nhiệt để kích thước của chân giả bằng hợp kim titan xốp in 3D chỉ thay đổi ± 0,05mm, nằm trong tiêu chuẩn về độ chính xác của mô cấy lâm sàng.

3. Xử lý bề mặt: tìm sự cân bằng giữa việc thay đổi kích thước vi mô và vĩ mô.
Mục tiêu của việc xử lý bề mặt (chẳng hạn như phun cát, đánh bóng hoặc đánh bóng bằng hóa chất) là làm cho bề mặt tốt hơn, nhưng nó cũng có thể thay đổi kích thước vài micromet. Ví dụ: một công ty sản xuất phụ tùng ô tô sử dụng phương pháp đánh bóng hóa học để in 3D các ống bọc làm mát bằng hợp kim nhôm{2}}làm mát bằng nước. Điều này làm cho bề mặt ít gồ ghề hơn, từ 12 μm đến 0,8 μm, nhưng nó cũng làm cho đường kính khoang bên trong nhỏ hơn 0,02 mm kể từ khi vật liệu hòa tan. Công ty sử dụng quy trình kết hợp "đánh bóng cơ học + đánh bóng hóa học" để cân bằng chất lượng bề mặt và độ chính xác về kích thước. Đầu tiên, đánh bóng cơ học loại bỏ các khuyết tật lớn, sau đó đánh bóng hóa học sẽ sửa đổi bề mặt ở cấp độ nano. Điều này giữ cho dung sai kích thước nằm trong phạm vi ± 0,01mm.

2, Kiểm soát các thông số quy trình: phần quan trọng nhất để đảm bảo độ chính xác
Để đảm bảo kích thước chính xác, bạn cần có khả năng kiểm soát chính xác các tham số của quy trình-xử lý hậu kỳ. Gia công điện hóa (ECM) có thể đạt đến độ chính xác dưới{2}}micron bằng cách hòa tan từng lớp vật liệu thông qua các quy trình điện hóa. Tuy nhiên, các thông số như khoảng cách điện cực, nồng độ chất điện phân và tần số xung phải được kết hợp chặt chẽ:

Khe hở điện cực: Khe hở quá nhỏ có thể dễ gây đoản mạch và khe hở quá lớn có thể khiến việc gia công kém hiệu quả hơn. Bằng cách theo dõi khe hở điện cực trong thời gian thực (được quy định ở mức 10–50 μm), một công ty nào đó đã tăng độ chính xác gia công của các cánh tuabin hợp kim làm từ niken-được in 3D lên ± 0,005mm.
Nồng độ chất điện phân: Nếu nồng độ quá cao có thể làm tăng tốc độ hòa tan của vật liệu, có thể gây ra sự thay đổi kích thước. Nếu nồng độ quá thấp, nó có thể tạo ra quá trình xử lý không đồng đều. Một nhóm nghiên cứu đã cải tiến công thức chất điện phân (giữ nồng độ NaCl trong khoảng từ 15% đến 20%) để độ nhám bề mặt của các thành phần hợp kim titan in 3D tăng từ 3,2 μm lên 0,4 μm, trong khi vẫn giữ thay đổi kích thước trong khoảng ± 0,01mm.
Tần số xung: Xung tần số cao có thể làm giảm tác động của nhiệt xử lý nhưng cũng có thể tạo ra rung động. Mặt khác, các xung tần số thấp-làm cho quá trình xử lý kém hiệu quả hơn. Một công ty nào đó sử dụng tần số xung 10kHz để xử lý các mặt hàng bằng thép không gỉ được in 3D. Điều này đảm bảo rằng quá trình sản xuất diễn ra hiệu quả và kích thước có độ chính xác trong khoảng ± 0,008mm.
3, Thiết kế chiến lược đền bù: một sự sắp xếp "hướng tới tương lai" để kiểm soát chính xác
Trong giai đoạn thiết kế, cần phải dành một số tiền nhất định để bù đắp cho ảnh hưởng của quá trình xử lý hậu kỳ đối với kích thước. Ví dụ: quy trình thiết kế cho một bộ phận nhất định của máy bay như sau:

Thiết kế ban đầu: Sử dụng mô hình CAD để tìm ra hình dạng hình học của bộ phận và xác định dung sai kích thước quan trọng (ví dụ: ± 0,05mm).
Mô phỏng quá trình: Sử dụng phân tích phần tử hữu hạn (FEA) để mô hình hóa sự phân bố ứng suất và độ co rút chiều xảy ra trong quá trình xử lý nhiệt. Bạn nên mong đợi tỷ lệ co ngót theo chiều dọc là 0,3% và tỷ lệ co ngót theo chiều ngang là 0,15%.
Bù thiết kế: Tăng dung sai gia công thêm 0,5mm đối với các kích thước quan trọng và dung sai đường viền thêm 0,05mm đối với các vị trí góc (từ 0,02mm đến 0,05mm).
Xác minh sau khi xử lý: Sau khi xử lý cơ học, chênh lệch giữa kích thước thực tế của bộ phận và kích thước thiết kế được giữ trong khoảng ± 0,01mm và tỷ lệ vượt qua lên tới 98%.
Ngoài ra, khi nói đến việc xây dựng khoang bên trong, bạn cần nghĩ đến tốc độ loại bỏ vật liệu và mức độ bù đắp. Ví dụ: đường kính bên trong của áo khoác làm mát bằng nước-được in 3D có nghĩa là 20mm, với dung sai xử lý là 0,1mm. Sau khi được phun cát (với tốc độ loại bỏ vật liệu là 0,02 mm/lần) và đánh bóng cơ học (với tốc độ loại bỏ vật liệu là 0,05 mm/lần), đường kính bên trong cuối cùng ổn định ở mức 20,03 mm, đây là điều mà động lực học chất lỏng cần.

4, Thực tiễn công nghiệp: Một trường hợp mẫu về kiểm soát độ chính xác
Một công ty trong ngành hàng không vũ trụ chế tạo vòi phun động cơ tên lửa bằng kỹ thuật "in SLM+ép đẳng tĩnh nóng (HIP)+gia công CNC". Xử lý HIP sẽ loại bỏ các lỗ bên trong (giảm độ xốp từ 5% xuống 0,1%), sau đó gia công CNC kiểm soát độ chính xác đường kính của họng vòi phun trong phạm vi ± 0,005mm để phù hợp với nhu cầu bịt kín ở cài đặt-áp suất và{7}}nhiệt độ cao.
Trong lĩnh vực y tế, một công ty chỉnh hình đã tạo ra khớp hông giả bằng hợp kim titan in 3D-. Độ nhám bề mặt giảm xuống 0,2 μm và sức căng bên trong được loại bỏ bằng phương pháp "xử lý ủ + đánh bóng hóa học". Sự thay đổi kích thước được giữ trong khoảng ± 0,02mm, giúp giảm đáng kể nguy cơ bám dính của vi khuẩn và các vấn đề sau phẫu thuật.
Trong ngành công nghiệp ô tô, một công ty chế tạo tấm làm mát pin xe năng lượng mới bằng cách sử dụng công nghệ "Ống làm mát bằng nước in 3D + gia công điện hóa". Gia công điện hóa làm giảm độ nhám bề mặt của khoang bên trong từ 6,3 μm xuống 0,4 μm trong khi vẫn giữ dung sai kích thước ở mức ± 0,01mm. Điều này giúp làm mát hiệu quả hơn 15%.