Heeft nabewerking- invloed op de maatnauwkeurigheid van 3D-geprinte metalen onderdelen?

Bijvoorbeeld, het verband tussen de methoden van na{0}}nabewerking en hoe nauwkeurig de afmetingen zijn
Er zijn drie belangrijke soorten na{0}}nabewerking voor 3D-printen van metaal: mechanische verwerking, warmtebehandeling en oppervlaktebehandeling. De manier waarop verschillende technieken de maatnauwkeurigheid beïnvloeden is heel verschillend.

1. Mechanische verwerking: een tweesnijdend zwaard- om dingen nauwkeuriger te maken
De meest eenvoudige manier om maatverschillen op te lossen is door mechanische bewerking, zoals CNC-frezen, slijpen en machinale bewerking met elektrische ontlading. Na het printen van een specifieke turbineschijf voor een vliegtuigmotor verminderde het frezen van vijf- assen bijvoorbeeld de rondheidsfout van 0,1 mm naar 0,02 mm en verbeterde de oppervlakteruwheid Ra van 6,3 μm naar 1,6 μm. Om de nauwkeurigheid van de bewerking te verbeteren, moet u echter de prestaties van de apparatuur en de procesparameters zeer zorgvuldig kunnen controleren. Als de snijdiepte bijvoorbeeld te diep is of de voedingssnelheid te hoog is, kunnen de onderdelen thermisch vervormd raken. Als de slijtage van het gereedschap niet op tijd wordt vervangen, kan dit leiden tot bewerkingsfouten. Eén bedrijf heeft bijvoorbeeld de slijpschijf niet op tijd vervangen, waardoor er rimpelingen op het oppervlak van een partij onderdelen van titaniumlegering verschenen. Het schrootpercentage bedroeg uiteindelijk 15%.

2. Warmtebehandeling: de strijd tussen stressvermindering en maatveranderingen
Warmtebehandeling, waaronder uitgloeien, afschrikken en oplossingsbehandeling, verandert de microstructuur van het materiaal om restspanningen weg te nemen. Het kan echter ook de grootte van het materiaal beïnvloeden. Na een vaste oplossing en verouderingsbehandeling ging de gemiddelde levensduur van de IN718 hoge- temperatuurlegering bij 650 graden bijvoorbeeld omhoog tot 173 uur. De verticale dimensionale krimp bedroeg echter 0,3% en de horizontale dimensionale krimp bedroeg 0,15%. Deze ongelijkmatige krimp moet worden gereguleerd door ontwerpcompensatie (waardoor een bewerkingsmarge van 0,5 mm overblijft) of procesoptimalisatie (zoals gradueel afschrikken). Een bedrijf dat medische implantaten maakt, heeft de parameters van het warmtebehandelingsproces verbeterd, zodat de grootte van een 3D-geprinte poreuze prothese van titaniumlegering slechts ± 0,05 mm varieert, wat binnen de klinische nauwkeurigheidsnormen voor implantaten ligt.

3. Oppervlaktebehandeling: het vinden van een balans tussen het veranderen van de grootte van de micro en de macro.
Het doel van oppervlaktebehandeling (zoals zandstralen, polijsten of chemisch polijsten) is om het oppervlak beter te maken, maar het kan ook de grootte met enkele micrometers veranderen. Een bedrijf dat auto-onderdelen maakt, maakt bijvoorbeeld gebruik van chemisch polijsten om watergekoelde hoezen van aluminiumlegeringen in 3D te printen. Dit maakt het oppervlak minder ruw, gaande van 12 μm tot 0,8 μm, maar het maakt ook de binnendiameter van de holte kleiner met 0,02 mm omdat het materiaal oplost. Het bedrijf gebruikt een combinatieproces van "mechanisch polijsten + chemisch polijsten" om de oppervlaktekwaliteit en maatnauwkeurigheid in evenwicht te brengen. Ten eerste verwijdert mechanisch polijsten grote defecten, en vervolgens wijzigt chemisch polijsten het oppervlak op nanoschaalniveau. Hierdoor blijft de maattolerantie binnen ± 0,01 mm.

2, Controle van procesparameters: het belangrijkste onderdeel van het garanderen van precisie
Om er zeker van te zijn dat de afmetingen correct zijn, moet u de parameters van de na{0}}naverwerkingsprocedure nauwkeurig kunnen controleren. Elektrochemische bewerking (ECM) kan een nauwkeurigheid van sub-micron bereiken door materialen laag voor laag op te lossen via elektrochemische processen. Parameters zoals de elektrodeafstand, de elektrolytconcentratie en de pulsfrequentie moeten echter nauw op elkaar afgestemd zijn:

Elektrodenafstand: Een te kleine opening kan gemakkelijk kortsluiting veroorzaken, en een te grote opening kan de bewerking minder efficiënt maken. Door de elektrodeafstand in realtime in de gaten te houden (afgesteld op 10–50 μm), heeft een bepaald bedrijf de bewerkingsprecisie van 3D-geprinte turbinebladen van nikkel-gebaseerde legeringen verhoogd tot ± 0,005 mm.
Elektrolytconcentratie: Als de concentratie te hoog is, kan dit het oplossen van materialen versnellen, wat maatveranderingen kan veroorzaken. Als de concentratie te laag is, kan dit tot een ongelijkmatige verwerking leiden. Een onderzoeksteam verbeterde de elektrolytformule (waardoor de NaCl-concentratie tussen 15% en 20% werd gehouden), zodat de oppervlakteruwheid van 3D-geprinte componenten van titaniumlegeringen van 3,2 μm naar 0,4 μm ging, terwijl de grootteveranderingen binnen ± 0,01 mm bleven.
Pulsfrequentie: Hoogfrequente pulsen- kunnen de effecten van verwerkingswarmte verminderen, maar ze kunnen ook trillingen veroorzaken. Laagfrequente pulsen daarentegen maken de verwerking minder efficiënt. Een bepaald bedrijf gebruikt een pulsfrequentie van 10 kHz om 3D-geprinte roestvrijstalen voorwerpen te verwerken. Dit zorgt ervoor dat de productie efficiënt is en dat de afmetingen nauwkeurig zijn tot op ± 0,008 mm.
3. Ontwerp een compensatiestrategie: een 'vooruit-gerichte regeling voor nauwkeurige controle
Tijdens de ontwerpfase moet een bepaald bedrag opzij worden gezet om het effect van de na{0}}nabewerking op de grootte te compenseren. Het ontwerpproces voor een bepaald onderdeel van een vliegtuig is bijvoorbeeld als volgt:

Initieel ontwerp: Gebruik het CAD-model om de geometrische vorm van het onderdeel te bepalen en de belangrijke maattoleranties te identificeren (bijvoorbeeld ± 0,05 mm).
Het proces simuleren: Gebruik eindige elementenanalyse (FEA) om de spanningsverdeling en dimensionale krimp te modelleren die optreedt tijdens warmtebehandeling. U kunt een verticale krimp van 0,3% en een horizontale krimp van 0,15% verwachten.
Ontwerpcompensatie: Verhoog de bewerkingstoeslag met 0,5 mm voor belangrijke afmetingen en de contourtolerantie met 0,05 mm voor hoekige plaatsen (van 0,02 mm tot 0,05 mm).
Verificatie na verwerking: Na mechanische verwerking wordt het verschil tussen de werkelijke grootte van het onderdeel en de ontwerpgrootte binnen ± 0,01 mm gehouden en loopt het slagingspercentage op tot 98%.
Ook als het om de binnenspouwconstructie gaat, moet u nadenken over het materiaalverwijderingspercentage en de hoogte van de compensatie. De binnendiameter van een 3D-geprinte water-jas moet bijvoorbeeld 20 mm zijn, met een verwerkingsmarge van 0,1 mm. Na te zijn gezandstraald (met een materiaalverwijderingssnelheid van 0,02 mm/tijd) en mechanisch gepolijst (met een materiaalverwijderingssnelheid van 0,05 mm/tijd), stabiliseert de uiteindelijke binnendiameter op 20,03 mm, wat de vloeistofdynamica nodig heeft.

4, Industriepraktijk: een modelvoorbeeld van precisiecontrole
Eén bedrijf in de lucht- en ruimtevaartindustrie maakt spuitmonden voor raketmotoren met behulp van de techniek "SLM-printen + heet isostatisch persen (HIP) + CNC-bewerking". Met een HIP-behandeling worden de interne poriën verwijderd (waardoor de porositeit wordt verlaagd van 5% naar 0,1%), en vervolgens regelt CNC-bewerking de diameterprecisie van de mondstukhals tot op ± 0,005 mm om te voldoen aan de afdichtingsbehoeften bij hoge- druk- en hoge- temperatuurinstellingen.
Op medisch gebied heeft een orthopedisch bedrijf een 3D-geprinte heupgewrichtsprothese van titaniumlegering gemaakt. De oppervlakteruwheid werd verlaagd tot 0,2 μm en de interne spanning werd verwijderd met behulp van de methode van "gloeibehandeling + chemisch polijsten". De groottevariatie werd binnen ± 0,02 mm gehouden, waardoor het risico op bacteriële adhesie en problemen na de operatie aanzienlijk werd verminderd.
In de auto-industrie maakt een bedrijf nieuwe koelplaten voor accu's van energievoertuigen met behulp van de technologie "3D-printen van waterkoelingshuls + elektrochemische bewerking". Elektrochemische bewerking verlaagt de oppervlakteruwheid van de binnenholte van 6,3 μm naar 0,4 μm, terwijl de maattolerantie op ± 0,01 mm blijft. Hierdoor wordt de koeling 15% efficiënter.