آیا عملیات حرارتی بر دقت ابعاد قطعات تأثیر می گذارد؟

一، روش اصلی که عملیات حرارتی اندازه اشیا را تغییر می دهد
1. رها کردن تنش پسماند و تنش حرارتی
روش پرینت سه بعدی فلزی به سرعت مواد را گرم و سرد می کند که باعث اعوجاج شبکه داخلی و تنش پسماند می شود. برای کاهش تنش از طریق شل کردن شبکه، عملیات حرارتی حرارت دادن به دمایی کمتر از دمای تبلور مجدد است (به عنوان مثال، نگه داشتن آلیاژ تیتانیوم در دمای 800 درجه به مدت 2 ساعت). اما ناهمواری آزادسازی تنش می‌تواند باعث ایجاد تغییر شکل موضعی شود. به عنوان مثال، اگر طراحی ساختار پشتیبانی برای پره های توربین موتور هواپیما خوب نباشد، برداشتن تکیه گاه پس از عملیات حرارتی ممکن است باعث تمرکز تنش موضعی و تاب برداشتن لبه پره، با تغییر شکل 0.1-0.3 میلی متر شود.
2. تغییر در حجم به دلیل تغییر فاز
در طول عملیات حرارتی، مواد می توانند فازهای خود را تغییر دهند (مانند تبدیل مارتنزیتی)، که می تواند باعث رشد یا کوچک شدن حجم آنها شود. به عنوان مثال، آلیاژهای{1}}نیکل با درجه حرارت بالا می‌توانند از آستنیت به مارتنزیت تغییر کنند اگر سرعت خنک‌سازی پس از تصفیه محلول خیلی سریع باشد (1080 درجه برای 1 ساعت). این می تواند باعث شود قطعات چاپ شده توسط ذوب بستر پودر لیزری (LPBF) حجم آنها افزایش یابد و اندازه آنها تغییر کند. داده‌های تجربی نشان می‌دهند که خطای ابعاد بحرانی اجزای فاقد نرخ خنک‌کننده تنظیم‌شده می‌تواند به ۰.۰۵ ± میلی‌متر- عملیات حرارتی، فراتر از محدودیت‌های مجاز تعیین‌شده توسط استانداردهای هوانوردی برسد.
3. رشد دانه ها و همگنی بافت ها
کنترل نرخ گرمایش و زمان نگهداری در طول عملیات حرارتی می تواند یکنواختی بافت و اندازه دانه را بهبود بخشد. اما اگر دانه ها به طور ناهموار رشد کنند، می تواند باعث انقباض متفاوتی در نقاط مختلف شود. به عنوان مثال، گرم کردن کامپوزیت تقویت شده با فیبر کربن پیوسته (CCFRC) تا 100 درجه، بلورینگی ماتریس آن را از 17.42٪ به 22.76٪ افزایش می دهد. اما اگر الیاف به طور مساوی فاصله نداشته باشند، ممکن است اختلاف اندازه 0.02 تا 0.05 میلی‌متر ایجاد کند که در کنار هم قرار دادن درست آن‌ها سخت‌تر می‌شود.
2، یک مثال رایج: عملیات حرارتی دو تأثیر بر دقت ابعاد دارد
1. هوافضا: یافتن تعادل مناسب بین دقت بالا و عملکرد بالا
بوئینگ براکت‌های هواپیما را با استفاده از فناوری LPBF می‌سازد، اما برای افزایش استحکام کششی آنها به 520 مگاپاسکال، باید-در حرارت مورد استفاده قرار گیرند. اما به دنبال عملیات حرارتی، ثابت نگه داشتن ابعاد قطعات سخت می شود. برای کنترل دقیق، موارد زیر را انجام دهید:
جبران پیش{0}تغییر شکل: از تغییر شکل پیش{1} معکوس در مدل اصلی استفاده کنید تا مدل جبران شده پس از عملیات حرارتی به اندازه بهینه نزدیک شود. این امر دقت چاپ را تا 66.2% افزایش می دهد.
گرمایش و سرمایش تقسیم‌بندی شده: با استفاده از رویکرد گرمایش مرحله‌ای (نگهداری در دمای 50 درجه به مدت 30 دقیقه) و خنک‌سازی تاخیری (خنک کردن هوا پس از خنک‌سازی کوره تا 200 درجه) برای کاهش تنش حرارتی تولید شده توسط گرادیان‌های دما، با تغییر شکل تنظیم‌شده در ± 0.03 میلی‌متر.
2. ایمپلنت های پزشکی: ترکیبی از زیست سازگاری و صحت ابعاد
هنگام چاپ سه بعدی فنجان های استابولوم از آلیاژ تیتانیوم، ساختار میکرو متخلخل سطح (5-10 میکرومتر) باید از نظر اندازه بسیار دقیق باشد. یک شرکت خاص کنترل دقیقی را با روش ترکیبی "بازپخت تسکین استرس + اسید اچ" به دست می آورد:
بازپخت کاهش استرس: آن را در دمای 650 درجه به مدت 2 ساعت نگه دارید تا از فشار باقیمانده چاپ خلاص شوید و احتمال تغییر سایز در طول اسید اچ بعدی کمتر شود.
درمان اسید اچ: از مخلوطی از اسید هیدروفلوئوریک و محلول اسید نیتریک برای اچ کردن به مدت 10 دقیقه برای ایجاد ریز منافذ همگن استفاده کنید. این از آزاد شدن تنش و ایجاد خوردگی موضعی جلوگیری می کند. تفاوت اندازه باید در ± 0.02 میلی متر حفظ شود.
3. قالب های صنعتی: یافتن تعادل مناسب بین هزینه و استفاده
از طریق روش "محلول جامد + پیری" برای عملیات حرارتی، یک شرکت خاص قالب های آلیاژ آلومینیوم را تا 120HB سخت تر کرده است. با این حال، آنها باید بین هزینه و دقت مصالحه پیدا کنند:
روش مقرون به صرفه این است که قطعات را فقط سندبلاست (مقدار Ra کمتر یا مساوی 3.2 میکرومتر متر) برای رفع نیازهای قالب گیری پلاستیک معمولی انجام دهید. این کار هزینه هر قطعه را تا 40 درصد کاهش می دهد، اما ابعاد آن چندان پایدار نیست.
راه حل عملکرد بالا: ماشینکاری دقیق CNC را افزایش دهید (مقدار Ra کمتر یا مساوی 0.8 میکرومتر) که برای قطعات قالبی که باید بسیار براق یا شفاف باشند خوب است. این زمان پردازش را سه برابر می کند، اما دقت ابعادی ± 0.01 میلی متر خواهد بود.
3، استراتژی کنترل دقت ابعادی: بهبود فرآیندها و ارائه فناوری های جدید
1. تطبیق پارامترهای فرآیند: ساخت فرآیندهای عملیات حرارتی و چاپ با هم کار کنند
تنظیمات عملیات حرارتی باید مانند تنظیمات مربوط به فرآیند چاپ سه بعدی باشد، مانند دما و سرعت خنک شدن. به عنوان مثال، اگر آلیاژ Inconel 718 را با استفاده از LPBF چاپ می کنید و لایه چاپ 0.05 میلی متر ضخامت دارد، باید از محلول 1150 درجه و درمان پیری 720 درجه استفاده کنید تا ترک ها و تغییرات ابعادی را که هنگام سرد شدن خیلی سریع مواد اتفاق می افتد، به حداقل برسانید. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که تطبیق پارامترها می‌تواند باعث شود که قطعات سه برابر بیشتر دوام بیاورند و ابعاد آن‌ها را تا ۵۰ درصد پایدارتر کند.
2. سیستم مدیریت حرارتی هوشمند: همه چیز را در زمان واقعی زیر نظر دارد و در صورت نیاز تغییراتی را ایجاد می کند
با استفاده از سنسورهای مادون قرمز و کنترل بازخورد دما، سیستم مدیریت حرارتی هوشمند میدان حرارتی را یکنواخت تر می کند. سیستم هوش مصنوعی ساخته شده توسط فناوری Platinum می تواند قدرت لیزر و سرعت اسکن را در زمان واقعی تغییر دهد. این باعث می‌شود که دما در طول چاپ براکت‌های آلیاژی تیتانیوم تغییر زیادی نکند و آن را در 5± درجه نگه دارد. پس از عملیات حرارتی، سیستم همچنین انحراف ابعادی را از 0.05 ± به 0.02 ± میلی متر کاهش می دهد.
3. روش های جدید برای عملیات حرارتی اشیا: گرمایش موضعی و فرآیند کامپوزیت
عملیات حرارتی موضعی: گرمایش القایی یا عملیات حرارتی موضعی لیزری بر روی قطعات بزرگ استفاده می شود تا از تغییر شکل آنها در هنگام گرم شدن سرتاسر جلوگیری شود. از طریق درمان محلول محلی، یک براکت هوانوردی خاص به استحکام کششی 520 مگاپاسکال و پایداری ابعادی بهتر از 0.03 میلی‌متر رسیده است.
فرآیند کامپوزیت: با استفاده از عملیات حرارتی و پرس ایزواستاتیک گرم (HIP) برای خلاص شدن از عیوب داخلی و بهبود ساختار. طول عمر خستگی پره های توربین موتور هواپیمای جنرال الکتریک پس از درمان HIP سه برابر بیشتر است و تغییر شکل ابعادی زیر 0.05٪ نگه داشته می شود.