چرا عملیات حرارتی -برای قطعات پرینت سه بعدی فلزی قابل مذاکره نیست

در حین پرینت سه بعدی دقیقاً در داخل یک قطعه فلزی چه اتفاقی می افتد؟

ماهیت لایه-طبق-لایه تولید افزودنی های فلزی آزادی طراحی استثنایی و همچنین چالش های داخلی پنهان را ایجاد می کند.

لیزر فلز را ذوب می کند - اما یک میدان جنگ استرس ایجاد می کند

یک لیزر متمرکز پودر فلز را در دمای بالاتر از 1500 درجه ذوب می‌کند و به دنبال آن سرعت خنک‌سازی فوق‌العاده سریع - اغلب به 106 درجه در ثانیه می‌رسد. این شیب های دمایی خشن قطعات SLM فلزی با استرس پسماند بالا را تولید می کنند. این شبیه به گرم کردن و خنک کردن سریع یک ورق شیشه ای است: تنش های نامرئی در داخل جمع می شوند. این یک ویژگی اصلی استفن آوری های چاپ سه بعدی فلزیمانند DMLS و SLM.

استرس باقیمانده - قاتل بخش خاموش

در قطعات فولادی ضد زنگ 316 لیتری ساخته شده-، تنش‌های پسماند معمولاً به 400 تا 600 مگاپاسکال می‌رسند. این تنش ها در سطوح ماکروسکوپی، میکروسکوپی، و زیر{5}}میکروسکوپی وجود دارند. بدون تسکین، باعث ایجاد اعوجاج، ترک یا شکست ناگهانی تحت بار می شوند. دقیقاً به همین دلیل است که عملیات حرارتی برای قطعات پرینت سه بعدی فلزی برای هر کاربرد کاربردی حیاتی است.

تخلخل، ریزساختار، و چرا{0}}قطعات ساخته شده "ناتمام" هستند

چاپ تنها قدم اول است. از آنجایی که قطعات ساخته شده معمولاً دارای 0.1-2٪ تخلخل هستند و دارای ناهمسانگردی قوی - با محور Z (جهت ساخت) هستند که اغلب 15-30٪ کمتر از جهت XY است. طبق تجربه ما در زمینه پشتیبانی از مشتریان، هر ارائه‌دهنده خدمات تولید افزودنی فلزی معتبر، پردازش پست{9} را به‌جای اینکه آن را اختیاری تلقی کند، در جریان کار اصلی ادغام می‌کند.

جدول 1: به عنوان-ویژگی‌های فلز ساخته شده در مقابل حرارت{2}}

انواع اصلی عملیات حرارتی مورد استفاده در چاپ سه بعدی فلزی

بازپخت تسکین استرس

این پرکاربردترین مرحله اولیه است. قطعات تا 450 تا 750 درجه (وابسته به آلیاژ-) گرم می شوند و به مدت 1 تا 4 ساعت نگهداری می شوند. DMLS بازپخت تسکین تنش معمولاً تنش‌های پسماند را 50 تا 80 درصد کاهش می‌دهد و پایداری و شکل‌پذیری را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد.

محلول آنیلینگ و پیری

آلیاژهایی مانند Inconel 718 و 17-4PH برای رسیدن به حداکثر کارایی نیاز به بازپخت محلول و پیری دارند. در تولید افزودنی عملیات حرارتی اینکونل، این می تواند استحکام کششی را از ~ 1000 مگاپاسکال به بیش از 1350 مگاپاسکال افزایش دهد - که برای برنامه های عملیات حرارتی نمونه سازی اولیه فلزات هوافضا ضروری است.

پرس ایزواستاتیک داغ (HIP)

HIP دمای بالا (1000-1200 درجه) و فشار (100-200 مگاپاسکال) را برای فروپاشی حفره های داخلی ترکیب می کند. تخلخل از 0.5-2٪ به تقریباً صفر کاهش می یابد و عمر خستگی اغلب 2-4 برابر بهبود می یابد. تولید افزودنی فلزی فرآیند HIP به ویژه برای ایمنی{10}}قطعات حیاتی حیاتی است.

سخت‌سازی و درمان‌های سطحی - هنگامی که سطح نیاز به استحکام بیشتری دارد

کربورسازی، نیترید کردن یا سخت شدن لیزری مقاومت سایش را برای چرخ دنده ها و ابزارآلات افزایش می دهد. اینها عناصر کلیدی پردازش کامل پس از پرینت سه بعدی فلز هستند.

جدول 2: انواع عملیات حرارتی

مواد-بر اساس-تفکیک مواد

فولاد ضد زنگ (316L، 17-4PH) مواد اسب کاری

316L معمولاً برای مصارف پزشکی و صنعتی به کاهش استرس نیاز دارد. 17-4PH برای دستیابی به استحکام بالا نیازمند بازپخت محلول و پیری است (به عنوان مثال، بازده ~1170 مگاپاسکال در شرایط H900). آیا فولاد ضد زنگ SLM نیاز به بازپخت دارد؟ بله، برای هر برنامه حساس به بار-یا خستگی-.

تیتانیوم (Ti-6Al-4V) سبک وزن اما حساس به استرس

در پرینت سه بعدی فلزی ایمپلنت پزشکی و براکت های هوافضا، Ti-6Al-4V بسیار حساس به استرس پسماند است. کاهش استرس همراه با HIP استاندارد است. ما دیده ایم که HIP عملکرد خستگی را تا 35٪ در پروژه های مشتری بهبود می بخشد. هر دو استاندارد AS9100 و ISO 13485 کاهش استرس پرینت سه بعدی تیتانیوم را الزامی می کنند.

آلومینیوم (AlSi10Mg) سریع برای چاپ، مشکل در درمان

آلومینیوم به سرعت چاپ می شود اما نیاز به پردازش دقیق T6 دارد. دمای نادرست می تواند دانه ها را درشت کند و استحکام را کاهش دهد. اجرای صحیح T6 استحکام کششی را به 370-430 مگاپاسکال می رساند.

سوپرآلیاژهای اینکونل و نیکل برای محیط های شدید

این آلیاژها در توربین ها و فرآوری های شیمیایی کاربرد دارند. عملیات حرارتی چند مرحله‌ای آن‌ها به کنترل دقیق برای حفظ عملکرد دمای بالا نیاز دارد.

جدول 3: عملیات حرارتی توصیه شده توسط مواد فلزی

اگر از درمان حرارتی صرف نظر کنید چه اتفاقی می افتد؟

خرابی قطعه تحت بار

قطعات درمان نشده معمولاً 30 تا 50 درصد قدرت خستگی کمتری از خود نشان می دهند. این پاسخ مستقیم به این است که اگر از عملیات حرارتی روی فلز پرینت سه بعدی صرفنظر کنید، چه اتفاقی می‌افتد - احتمال خرابی‌های ناگهانی بسیار بیشتر می‌شود.

ناپایداری ابعادی در طول زمان

تنش های پسماند به آرامی در هنگام کار آزاد می شوند و باعث ایجاد اعوجاج تدریجی در ابزارها یا قالب های دقیق می شوند. این یک تفاوت عمده در عملیات حرارتی در مقایسه با چاپ فلز بدون عملیات حرارتی است.

عدم رعایت مقررات-

استانداردهای هوافضا (AS9100/NADCAP)، پزشکی (ISO 13485/FDA) و استانداردهای خودرو نیاز به عملیات حرارتی مستند دارند. نادیده گرفتن آن می تواند به طور کامل از صدور گواهینامه جلوگیری کند.

قطعات "خوب{0}" گمراه کننده

درنمونه سازی سریع پرینت سه بعدی فلزی، قطعات ممکن است از بررسی ابعاد بصری و اساسی عبور کنند در حالی که تنش های داخلی خطرناک و تخلخل را پنهان می کنند.

عملیات حرارتی برای نمونه سازی سریع

فرض رایجی که مشتریان را با مشکل مواجه می کند

بسیاری از تیم‌ها تصور می‌کنند که نمونه‌های اولیه فقط به چاپ اولیه برای بررسی تناسب نیاز دارند. هنگامی که برای آزمایش نمونه اولیه فلزی کاربردی استفاده می شود، نادیده گرفتن عملیات حرارتی منجر به نتایج آزمایش - یا خطرناک - گمراه کننده می شود.

وقتی می توانید از آن بگذرید (و زمانی که مطلقاً نمی توانید)

فقط برای بررسی‌های مونتاژ بصری یا ایستا صرف نظر کنید. هرگز از بار، خستگی، حرارتی، یا گواهی{1}}مربوط به نمونه سازی سریع پرینت سه بعدی فلزی صرف نظر نکنید.

چگونه عملیات حرارتی بر زمان و هزینه ساخت نمونه اولیه تأثیر می گذارد

کاهش استرس معمولاً 1-2 روز و 10-25٪ هزینه اضافه می کند. HIP 3-7 روز و 30-60٪ اضافه می کند. فرآیند کامل سازنده نمونه اولیه فلزی قابل اعتماد، ارزش در مقابل مبادله{10}را برای برنامه خاص شما به وضوح توضیح می‌دهد.

اکنون تماس بگیرید

عملیات حرارتی یک افزودنی اختیاری نیست-در - بلکه بخشی غیرقابل مذاکره-کار بامواد پرینت سه بعدی فلزیو فن آوری های چاپ سه بعدی فلزی. صرف‌نظر کردن از آن برای صرفه‌جویی کوتاه‌مدت اغلب گران‌ترین تصمیم زمانی است که قطعات در استفاده واقعی-در دنیای واقعی خراب می‌شوند.

برای عملیات حرارتی نمونه‌سازی فلزات هوافضای بعدی خود، چاپ سه بعدی فلز کاشت پزشکی، یا پروژه آزمایش نمونه اولیه فلزی کاربردی، با ارائه‌دهنده‌ای که بر فرآیند کامل تسلط دارد، شریک شوید.

امروز فایل‌های خود را برای بررسی رایگان DFM ارسال کنید که شامل یک توصیه عملیات حرارتی مناسب است. تیم ما در ارائه نتایج قابل تایید و کارایی بالا-به عنوان یک کارخانه چاپ سه بعدی فلزی با خدمات کامل-با عملیات حرارتی تخصص دارد.

مراجع

گزارش Wohlers 2023: داده های بازار جهانی فلزات AM، آمار استفاده از HIP

MarketsandMarkets 2024: پیش‌بینی بازار تولید افزودنی‌های فلزی تا سال 2028

ASTM F3055 / ISO/ASTM 52900: مشخصات استاندارد مواد فلزی AM

مقالات فنی EOS GmbH / Trumpf: داده‌های تنش پسماند DMLS، دستورالعمل‌های عملیات حرارتی

ASM International - Heat Treater's guide: پارامترهای دما/زمان بر اساس آلیاژ

AS9100D / NADCAP: Aerospace AM و صدور گواهینامه عملیات حرارتی

ISO 13485 / FDA 21 CFR قسمت 820: استانداردهای کیفیت ساخت تجهیزات پزشکی