آیا عملیات حرارتی بر دقت ابعادی در پرینت سه بعدی فلزی تأثیر می گذارد؟ - دانش

چرا عملیات حرارتی باعث تغییر ابعادی در قطعات پرینت سه بعدی فلزی می شود؟

محرک اصلی آزاد شدن تنش پسماند ایجاد شده در طول ذوب و انجماد سریع فرآیند SLM است. همانطور که تنش ها در حین گرمایش کاهش می یابند، قطعات می توانند پیچ خورده، منقبض شوند یا بپیچند.

عوامل اضافی عبارتند از:

انبساط و انقباض حرارتی در طول چرخه های گرمایش / سرمایش.

دگرگونی های فازی که باعث تغییر حجم می شوند (مثلاً در آلیاژهای تیتانیوم).

تأثیر ساختار پشتیبانی پشتیبانی های - می تواند اعوجاج را در برخی مناطق محدود کند در حالی که در برخی دیگر اجازه می دهد.

یک قفس نخاعی Ti-6Al-4V که تحت تنش زدایی در 800 درجه قرار می‌گیرد، انحراف 0.15-0.25 میلی‌متری را در طول 80 میلی‌متر خود تجربه می‌کند. این کافی بود تا سطوح جفت گیری مهم را از تحمل خارج کند.

پرینت سه بعدی فلزیتغییر ابعاد در طی عملیات حرارتی نتیجه مستقیم تاریخچه حرارتی منحصر به فرد تولید مواد افزودنی است.

در واقع چقدر باید انتظار تغییر ابعادی را داشته باشید؟

محدوده اعوجاج معمولی برای کاهش تنش استاندارد 0.1-0.5٪ تغییر خطی است، اگرچه این به طور قابل توجهی بر اساس هندسه و فرآیند متفاوت است. هندسه های پیچیده، دیوارهای نازک، و برآمدگی های بلند اعوجاج را تقویت می کنند. HIP به دلیل فشار، تغییرات یکنواخت تری (اما گاهی بزرگتر) ایجاد می کند، در حالی که کاهش استرس ساده باعث تاب برداشتن موضعی می شود.

جدول داده ها: محدوده تغییرات بعدی معمولی

مواد	تسکین استرس	HIP	راه حل درمان و پیری	یادداشت ها
Ti-6Al-4V	0.1–0.4%	0.2–0.6%	0.15–0.5%	حساس به تبدیل فاز
316 لیتر ضد زنگ	0.05–0.25%	0.1–0.3%	N/A	نسبتا پایدار
آلیاژهای CoCr	0.1–0.35%	0.15–0.4%	0.2–0.45%	اثرات کاربید
اینکونل 718	0.08–0.3%	0.1–0.35%	0.1–0.4%	ثبات خوب
AlSi10Mg	0.2–0.7%	استفاده محدود	N/A	بالاترین حساسیت

پردازش پست تحمل ابعادی SLM-به برنامه ریزی اولیه نیاز دارد.

مواد-توسط-رفتار ابعادی مواد تحت عملیات حرارتی

Ti-6Al-4V: به دلیل تغییر فاز در نزدیکی 882 درجه (بتا ترانسوس) بسیار حساس است. اعوجاج اگر به دقت کنترل نشود، رایج است.

فولاد ضد زنگ 316L: پایدارتر است اما نیاز به اجتناب از محدوده حساسیت (450-850 درجه) دارد.

آلیاژهای CoCr: تغییر حجم از بارش کاربید.

Inconel 718: ثبات ابعادی خوبی دارد اما از فیکسچر در طول پیری سود می برد.

AlSi10Mg: بسیار مستعد اعوجاج-. محدود به دماهای پایین تر

17-4PH: انقباض قابل پیش بینی در طول پیری.

جدول داده ها: ماده-رفتار خاص

مواد	محدوده دمای معمولی	ریسک تغییر فاز	شیفت خطی معمولی
Ti-6Al-4V	700-950 درجه	بالا	0.1–0.5%
316L	600-1100 درجه	متوسط	0.05–0.3%
AlSi10Mg	200-300 درجه	پایین	0.2–0.7%

نقش طراحی قطعه در کنترل تغییر ابعاد

طراحی هوشمند به طور قابل توجهی خطر را کاهش می دهد:

ضخامت دیواره یکنواخت را حفظ کنید.

از تقارن و توزیع جرم متعادل استفاده کنید.

ساختارهای پشتیبانی را برای محدود کردن مناطق بحرانی بهینه کنید.

برای به حداقل رساندن اعوجاج بیش از حد، قطعات را روی صفحه ساخت قرار دهید.

استوک ماشینکاری را روی ویژگی‌های تحمل{0}محکم اضافه کنید.

جدول داده ها: ویژگی طراحی در مقابل ریسک اعوجاج

ویژگی طراحی	خطر تحریف	استراتژی کاهش
دیوارهای نازک (<2mm)	بالا	دنده ها یا تکیه گاه های موقت را اضافه کنید
برآمدگی های بلند	بالا	بهینه سازی جهت گیری + پشتیبانی
هندسه نامتقارن	بالا	توده را متعادل کنید یا از فیکسچر استفاده کنید
بخش های یکنواخت	پایین	کاهش استرس استاندارد

طراحی پرینت سه بعدی فلزی برای عملیات حرارتی (DfAM) ضروری است.

تثبیت و کنترل های فرآیند که اعوجاج را به حداقل می رساند

وسایل سفارشی حرکت را بدون ایجاد تنش جدید محدود می کنند.

نرخ رمپ کنترل شده و خنک کننده آهسته بسیار مهم است.

اتمسفرهای خلاء یا گاز بی اثر، مسائل مربوط به اکسیداسیون-را کاهش می‌دهند.

HIP اغلب انقباض همسانگرد بیشتری را در مقایسه با بازپخت آزاد-ایستاده ایجاد می‌کند.

سازنده‌ای که براکت‌های هوافضای Inconel 718 را پردازش می‌کند، از وسایل گرافیت سفارشی در طول پیری استفاده می‌کند و پراکندگی ابعادی را از 0.3± میلی‌متر به 0.08± میلی‌متر در ویژگی‌های 150 میلی‌متری کاهش می‌دهد.

پیش بینی تغییر ابعاد

شبیه‌سازی اعوجاج مبتنی بر{0}FEA مفید است اما به اعتبارسنجی با داده‌های AM واقعی نیاز دارد. جبران تجربی قبل از-(مقیاس بندی یا پیش{3}}تحریف STL) و اولین-بازرسی مقاله استاندارد هستند. تامین کنندگان پیشرو، مواد- را نگهداری می کنند و پایگاه داده-خاصی را پردازش می کنند.

ارسال-ماشینکاری حرارتی-

ماشینکاری پس از عملیات حرارتی قابل اطمینان ترین راه برای دستیابی به تلرانس های محکم است. بسته به ویژگی و مواد، 0.2 تا 1.0 میلی متر باقی بگذارید. تکمیل CNC، EDM، و سنگ زنی معمولا استفاده می شود.

جدول داده ها: توصیه شده سهام ماشینکاری

نوع ویژگی	Ti-6Al-4V	316L	اینکونل
جفت گیری بحرانی	0.5-0.8 میلی متر	0.3-0.6 میلی متر	0.4-0.7 میلی متر
سطوح عمومی	0.3 میلی متر	0.2 میلی متر	0.3 میلی متر

تأیید ابعاد پس از عملیات حرارتی

از CMM برای ابعاد بحرانی، اسکن سه بعدی برای نگاشت کامل انحراف، و تمرکز بر ویژگی‌های GD&T مانند صافی، موازی و موقعیت واقعی که بیشتر تحت تأثیر اعوجاج هستند، استفاده کنید. یک پایگاه داده برای قطعات تکراری بسازید.

سوالات متداول

آیا عملیات حرارتی قطعات پرینت سه بعدی فلزی را کوچک می کند؟

بسته به آلیاژ، فرآیند و هندسه می تواند باعث انقباض، انبساط یا تاب خوردگی شود. معمولاً انقباض جزئی یا اعوجاج موضعی.

پس از کاهش استرس SLM Ti-6Al-4V باید چه مقدار تغییر ابعادی را انتظار داشته باشم؟

به طور معمول 0.1-0.4٪ خطی، با تاب خوردگی تا 0.2-0.5 میلی متر در قطعات بزرگتر. مقادیر دقیق به هندسه و پارامترها بستگی دارد.

آیا می توانید قطعات فلزی پرینت سه بعدی را بعد از عملیات حرارتی ماشین کاری کنید؟

بله - این روش استاندارد برای دستیابی به تلورانس های نهایی است.

بهترین راه برای کنترل اعوجاج در عملیات حرارتی قطعات SLM چیست؟

DfAM خوب (قطعات یکنواخت، تکیه گاه ها)، تثبیت مناسب، نرخ شیب دار کنترل شده، و انبار ماشینکاری پست{0}}را ترکیب کنید.

آیا HIP تغییرات ابعادی بیشتری نسبت به بازپخت استرسی ایجاد می کند؟

HIP اغلب به دلیل فشار باعث انقباض یکنواخت تر می شود، اما می تواند قابل پیش بینی تر از تاب خوردگی بازپخت آزاد باشد.

چگونه می توانم دقت ابعاد را پس از عملیات حرارتی یک قطعه پرینت سه بعدی فلزی بررسی کنم؟

از CMM، اسکن سه بعدی، و مقایسه با اندازه گیری های قبل و بعد از درمان با GD&T مناسب استفاده کنید.