آیا هزینه عملیات حرارتی برای پرینت سه بعدی فلز زیاد است؟

一، نقش اصلی عملیات حرارتی در چاپ سه بعدی فلز
پرینت سه بعدی فلزی با ذوب پودر فلز یک لایه در یک زمان ساختارهای پیچیده ای ایجاد می کند، اما این فرآیند سه مشکل بزرگ دارد:
تنش پسماند: گرمایش و سرمایش سریع با لیزر می تواند شکل شبکه را تغییر دهد که می تواند باعث ترک خوردن یا خم شدن قطعات شود.
نقص‌های سازمانی: انجماد غیرتعادلی ویژگی‌های درشتی مانند بلورهای ستونی و دندریت‌ها را ایجاد می‌کند که باعث می‌شود مواد استحکام کمتری داشته باشند.
عملکرد ناهموار: رابط‌های ضعیف می‌توانند به راحتی در اتصالات بین لایه‌ای ایجاد شوند که عمر مواد را کوتاه می‌کند.
با مدیریت دقیق میدان دما و فرآیند انتقال فاز، عملیات حرارتی می تواند به سه هدف اصلی برسد:
کاهش استرس: درمان بازپخت استرس باقیمانده را از بین می برد و ابعاد را پایدارتر می کند.
بهینه سازی سازمانی: به دست آوردن ساختار کریستالی یکنواخت و ریز با استفاده از محلول جامد و درمان پیری.
بهبود عملکرد: کنترل شکل مراحل رسوب برای یافتن تعادل بین قدرت و چقرمگی.
به عنوان مثال، فناوری SLM برای ساخت یک تیغه موتور هوانوردی خاص مورد استفاده قرار گرفت، که سپس با یک محلول در 1050 درجه درمان شد و در 550 درجه قدیمی شد. استحکام کششی از 850 مگا پاسکال به 1200 مگاپاسکال رسید و عمر خستگی سه برابر افزایش یافت.
2، نگاهی چند بعدی به تفکیک هزینه عملیات حرارتی
1. هزینه تجهیزات: هزینه کنترل دقیق
برای عملیات حرارتی اشیاء پرینت سه بعدی فلزی، به ابزارهای خاصی نیاز دارید:
یک کوره خلاء از زنگ زدن فلزات فعال مانند آلیاژهای تیتانیوم جلوگیری می کند. قیمت آن دو تا سه برابر یک کوره معمولی است.
سیستم عملیات حرارتی لیزری: برای تغییر سطح یک منطقه کوچک استفاده می شود و هزینه تجهیزات بیش از 5 میلیون یوان است.
یک سیستم کنترل هوشمند باید شامل اندازه گیری دمای مادون قرمز، کنترل جو و سایر ماژول ها باشد. ارزش یک سیستم واحد بیش از یک میلیون یوان است.
یک شرکت خاص می گوید که استهلاک تجهیزات عملیات حرارتی 18 تا 25 درصد هزینه واحد را تشکیل می دهد و با افزایش دقت تجهیزات این درصد به سرعت بالا می رود.
2. هزینه انرژی: دمای بالا یک سیاهچاله مصرف انرژی طولانی مدت ایجاد می کند.
تنظیمات عادی برای فرآیند عملیات حرارتی:
درمان محلول: 4 تا 6 ساعت عایق در 1000-1050 درجه
زمان درمان: عایق را در دمای 160-180 درجه به مدت 8-12 ساعت نگه دارید.
بازپخت تسکین دهنده استرس: آن را در دمای 300 تا 400 درجه به مدت 2 تا 4 ساعت نگه دارید.
به عنوان مثال، برای عملیات حرارتی یک قطعه Ti6Al4V که با استفاده از SLM ساخته شده است، 120 تا 150 کیلووات ساعت انرژی لازم است. در صورت استفاده از کوره گرمایش الکتریکی، هزینه برق بیش از 15٪ است. اگر از کوره گرمایش گاز استفاده می‌کنید، 40 درصد در هزینه‌های انرژی صرفه‌جویی می‌کنید، اما باید برای تمیز کردن گازهای خروجی بیشتر برای تجهیزات هزینه کنید.
3. هزینه مواد: بازی بازده بازیافت پودر
عملیات حرارتی می تواند منجر به از دست دادن مواد شود:
سوختگی اکسیداسیون: هنگامی که فلز تا دمای بالا گرم می شود، پوست اکسیداسیون روی سطح آن رخ می دهد. نرخ ضرر 0.5٪ تا 1.2٪ است.
از دست دادن مواد فرار: فلزات با نقطه جوش پایین، مانند آلیاژهای منیزیم، در دماهای بالا تبخیر می شوند و بیش از 2 درصد وزن خود را از دست می دهند.
ساختار پشتیبان: طراحی قطعات پیچیده کانال جریان داخلی با تکیه گاه های قابل جابجایی، میزان اتلاف مواد را 5% تا 8% افزایش می دهد.
سیستم بازیافت پودر می تواند میزان استفاده را به 92% تا 95% افزایش دهد، با این حال مشکل پودر بازیافتی که کارایی خود را از دست می دهد هنوز باید برطرف شود. یک مطالعه نشان داد که پس از سه بار استفاده، غلظت اکسیژن پودر Ti6Al4V 0.03٪ افزایش یافت که باعث شد استحکام خستگی قطعات تا 12٪ کاهش یابد.
4. هزینه زمان: زنجیره فرآیند دارای گلوگاه کارایی است
یک چرخه عملیات حرارتی معمولی به صورت زیر است:
قبل از درمان: تمیز کردن، بدون پشتیبانی، سندبلاست (2 تا 4 ساعت)
گرمایش، عایق کاری و سرمایش (8 تا 24 ساعت) همگی بخشی از عملیات حرارتی هستند.
ارسال{0}}پردازش: برش سیم، صیقل دادن آن، و آزمایش آن (3 تا 6 ساعت)
یک شرکت قطعه سازی خاص خودرو می گوید که روش عملیات حرارتی 60 تا 70 درصد کل چرخه تولید پرینت سه بعدی را تشکیل می دهد. این یکی از دلایل اصلی کندی تحویل است.
3، مسیر فنی برای کاهش هزینه ها
1. روش انجام کارها را تغییر دهید: چرخه عملیات حرارتی را کوتاهتر کنید.
تکنیک بازپخت سریع از گرمایش با چگالی بالا-برای کاهش زمان لازم برای درمان محلول از 6 ساعت به 2 ساعت استفاده می‌کند.
فرآیند پیری درجه بندی شده: با کنترل دما در چند مرحله، زمان کلی عایق بندی کاهش می یابد در حالی که هنوز از عملکرد خوب اطمینان حاصل می شود.
درمان موضعی گرمایش القایی: فقط مهمترین قسمت ها گرم می شوند که مصرف انرژی را تا بیش از 70 درصد کاهش می دهد.
یک شرکت هواپیماسازی خاص از فناوری آنیل سریع استفاده کرد تا هزینه عملیات حرارتی قطعات Ti6Al4V را تا 35 درصد کاهش دهد و ریزساختار را تا 20 درصد سازگارتر کند.
2. ارتقاء تجهیزات: استفاده بهتر از انرژی
کوره کربن‌سازی فشار کم-خلاء: فشار هوا را بین 10 تا 100 پا نگه دارید تا گاز کمتری مصرف شود.
سیستم بازیابی گرمای زباله: استفاده از گرمای هدر رفته از آب خنک کننده برای گرم کردن قطعات جدید، که مصرف کلی انرژی را تا 18 درصد کاهش می دهد.
سیستم کنترل دما هوشمند: از یادگیری ماشین برای بهبود منحنی گرمایش و کاهش نیاز به پردازش مکرر ناشی از تغییرات دما استفاده می کند.
پس از اینکه یک سازنده تجهیزات خاص شروع به استفاده از سیستم مدیریت دما هوشمند کرد، نرخ صلاحیت عملیات حرارتی از 82٪ به 95٪ افزایش یافت و هزینه هر واحد 22٪ کاهش یافت.
3. بهبود مواد: ساخت سیستم های آلیاژی که ارزان هستند
فناوری چاپ جزئی: استفاده از آلیاژ آلومینیوم در قطعاتی که نیازی به تحمل وزن زیادی ندارند و آلیاژ تیتانیوم در قطعاتی که باید وزن زیادی داشته باشند، که قیمت مواد را تا 40 درصد کاهش می دهد.
پودر اصلاح شده نانو: افزودن 0.5 درصد نانوذرات دمای عملیات حرارتی را تا 50 درجه سانتیگراد کاهش می دهد و مصرف انرژی را 30 درصد کاهش می دهد.
استفاده از پودر بازسازی شده: مدلی برای چگونگی تغییر عملکرد پودر در طول زمان ایجاد کنید تا تولید حداقل پس از پنج بار استفاده ثابت بماند.
آلیاژ منیزیم ضد زنگ منیزیم روی کلسیم ایجاد شده توسط یک تیم تحقیقاتی به همان اندازه آلیاژ آلومینیوم در آزمایش‌های اسپری نمک عمل کرد و هزینه‌های تصفیه سطح را تا 60 درصد کاهش داد.
4. مهندسی مجدد فرآیند: ترکیب ساخت و عملیات حرارتی
تجهیزات یکپارچه برای عملیات حرارتی چاپ: یک ماژول گرمایش القایی در داخل محفظه چاپ تعبیه شده است تا امکان بازپخت درجا-.
فناوری دوقلو دیجیتال: استفاده از شبیه‌سازی برای یافتن بهترین پارامترهای فرآیند و کاهش هزینه‌های آزمون و خطا.
خط تولید خودکار: ترکیب ماژول هایی مانند تمیز کردن، عملیات حرارتی و تشخیص برای کاهش هزینه های نیروی کار به نصف.
یک شرکت خاص یک کارخانه هوشمند ساخت که هزینه کل قطعات پرینت سه بعدی را تا 42 درصد با تغییر روش ساخت آنها کاهش داد. هزینه عملیات حرارتی از 25 درصد به 14 درصد کاهش یافت.