Wat is het verschil tussen na-bewerking van 3D-metaalprinten en traditionele bewerking?

一, Technisch principe: het verschil tussen additieve en subtractieve productieprocessen
3D-metaalprinten is een vorm van additieve productie (AM) waarbij drie-dimensionale objecten worden gebouwd door lagen metaalpoeders (zoals titaniumlegeringen en roestvrij staal) of draden op elkaar te stapelen en deze te smelten en te laten stollen met warmtebronnen zoals lasers en elektronenstralen. Deze procedure vereist geen mal en kan een digitaal model meteen in een echt ding veranderen. Het oppervlak van het gegoten onderdeel is echter ruw (Ra6,3–12,5 μm) en er kunnen restspanningen of defecten in de microporiën aanwezig zijn die moeten worden verholpen voor betere prestaties door middel van na-verwerking.

Traditionele bewerking is gebaseerd op het idee van subtractieve productie. Het begint met een volledig metalen knuppel en gebruikt snijgereedschappen zoals draaien, frezen en boren om extra materiaal te verwijderen totdat de gewenste vorm is bereikt. Het heeft de voordelen van een uitstekende vormprecisie (tot IT5-niveau) en een goede oppervlaktegladheid (Ra0,1-0,4 μm), maar het is moeilijk om met complexe vormen te werken (zoals interne uithollingen en oneffen oppervlakken) en de materiaalbenuttingsgraad is laag (slechts 50% tot 70%).

Belangrijkste verschillen:

Materiaalstatus: Na het 3D-printen moet er aan de poedermetallurgische eigenschappen (zoals porositeit) worden gewerkt, en moet de machinale bewerking de vervormingsproblemen oplossen die optreden wanneer snijspanning wordt uitgeoefend.
Ontwerpvrijheid: 3D-printen kan 'niet-ondersteund printen' van ingewikkelde structuren uitvoeren, en de na-verwerking hoeft er alleen maar voor te zorgen dat de lokale prestaties zo goed mogelijk zijn; De bewerking wordt beperkt door hoe gemakkelijk het is om aan snijgereedschappen te komen, en ingewikkelde structuren moeten uit elkaar worden gehaald en na de bewerking weer in elkaar worden gezet.
2. Stroom van het proces: padscheiding van ‘problemen oplossen’ naar ‘dingen nauwkeuriger maken’
1. Na-verwerking van 3D-printen met metaal: samenwerkingsoptimalisatie met meerdere- links
Er zijn doorgaans vier hoofdfasen in de na-verwerking van 3D-geprinte metalen onderdelen:

Reinigen en verwijderen van ondersteuning: Verwijder de ondersteuningsstructuur die is ontstaan ​​tijdens het printen en het overgebleven poeder op het oppervlak door middel van ultrasoon reinigen. Na het printen van de bladen van vliegtuigmotoren moet de drager van de titaniumlegering bijvoorbeeld chemisch worden weggeëtst, zodat deze niet mechanisch hoeft te worden verwijderd, wat het oppervlak zou kunnen beschadigen.
Warmtebehandeling is het proces waarbij overgebleven spanning wordt weggenomen en materialen beter worden gemaakt door methoden als gloeien en blussen te gebruiken. Een leverancier van auto-onderdelen gebruikte bijvoorbeeld een thermische T6-behandeling op een 3D-geprinte beugel van aluminiumlegering, waardoor deze sterker en lichter werd door de treksterkte te verhogen van 320 MPa naar 380 MPa.
Met mechanische precisiebewerking kunt u essentiële afmetingen (zoals afdichtingsvlakken en pasvlakken) CNC-frezen of slijpen tot op ± 0,01 mm. Een bedrijf dat medische implantaten maakt, gebruikte bijvoorbeeld een bewerkingscentrum met vijf- assen om de oppervlakteruwheid van 3D-geprinte acetabulumcups van titaniumlegering te verlagen van Ra3,2 μm naar Ra0,8 μm, wat voldeed aan de normen voor biocompatibiliteit van implantaten.
Oppervlaktebehandeling: Gebruik methoden zoals zandstralen, galvaniseren, anodiseren en andere om het oppervlak beter bestand te maken tegen corrosie. Een maritiem ingenieursbureau maakt gebruik van microboogoxidatietechnologie om een ​​dikke oxidefilm aan te brengen op het oppervlak van 3D-geprinte kleppen van aluminiumlegeringen. Hierdoor zijn ze vijf keer beter bestand tegen corrosie in zeewater.
2. Traditionele nabewerking-: verbetering van zowel de nauwkeurigheid als de bruikbaarheid tegelijk
De belangrijkste doelen van traditionele nabewerking- zijn het verbeteren van de nauwkeurigheid en functionaliteit. De methode is ook vrij eenvoudig:

Ontbramen en afschuinen: Gebruik handmatig of geautomatiseerd gereedschap om bramen te verwijderen die tijdens het snijden achterblijven. Hierdoor wordt voorkomen dat het geheel beschadigd raakt.
Oppervlakteversterking: Het oppervlak harder maken door gebruik te maken van methoden als walsen en gritstralen. Een bedrijf dat tandwielen maakt, gebruikte bijvoorbeeld kogelstralen om de drukspanning op het oppervlak van bewerkte tandwielen met 30% te verhogen en hun levensduur tegen vermoeiing te verdubbelen.
Functionele coating is het proces waarbij onderdelen bepaalde eigenschappen krijgen door middel van methoden zoals chemisch plateren en galvaniseren. Een bedrijf dat elektronische connectoren maakt, gebruikte bijvoorbeeld een chemische nikkelmethode om een ​​0,5 μm dikke nikkellaag aan te brengen op machinaal bewerkte aansluitingen van koperlegeringen, waardoor het lassen veel betrouwbaarder werd.
Belangrijkste vergelijking:

Complexiteit van processen: na de verwerking van 3D-printen- is samenwerking tussen meerdere schakels nodig, en de warmtebehandelingsparameters moeten worden gewijzigd op basis van de eigenschappen van het materiaal. Het standaardisatieniveau voor na-bewerkingsprocedures voor machinale bewerking is hoog, maar voor complexe constructies zijn mogelijk meerdere klemmen nodig.
Kostenstructuur: De kosten van de na-bewerking van 3D-printen vormen een groot deel van de totale kosten (tot 40%), vooral vanwege de kosten van warmtebehandelingsapparatuur en precisiebewerking. De kosten van na-bewerking bij machinale bewerking zijn laag (ongeveer 10%–15%), maar de kosten van gereedschapslijtage zijn hoog bij productie op grote- schaal.
3, Toepassingsscenario: overstappen van 'hoogwaardige-aanpassingen met toegevoegde waarde' naar 'standaardisatie op grote- schaal' in hetzelfde domein
1. Na-verwerking van 3D-printen met metaal: concentreren op verhoogde drempels en waardevolle scenario's.
Lucht- en ruimtevaart: Een bepaald lucht- en ruimtevaartbedrijf gebruikt 3D-printen om verbrandingskamers van motoren te maken. Om een ​​materiaaldichtheid van 99,9% te bereiken, verwijderen ze de interne poriën door ze te behandelen met heet isostatisch persen (HIP). Dit maakt de onderdelen betrouwbaar in omgevingen met hoge-druk en hoge- temperaturen.
Medische implantaten: Een bepaald orthopedisch bedrijf gebruikt 3D-geprint kunstmatig bot met een titaniumlegering met een poreuze structuur, verbetert de porieverbinding door elektrolytische polijstbehandeling, stimuleert de proliferatie van botcellen en verhoogt het klinische succespercentage tot 98%.
Complexe matrijzen: Een bepaalde leverancier van auto-interieurs heeft de spuitgietcyclus met 40% teruggebracht en de productopbrengst tot 99,5% verhoogd door conforme koelkanaalmatrijzen in 3D te printen en EDM (elektrische ontladingsbewerking) te gebruiken om de matrijsholte te verbeteren.
2. Traditionele machinale nabewerking-: leidinggeven aan grootschalige- gestandaardiseerde productie
Automobielmotor: Een bepaald voertuigbedrijf maakt belangrijke onderdelen zoals cilinderblokken en krukassen door ze machinaal te bewerken en ze vervolgens te behandelen met carboneren en afschrikken om het oppervlak harder te maken. Hierdoor gaat de motor 200.000 kilometer mee.
Consumentenelektronica: een bedrijf dat mobiele telefoons maakt, maakt gebruik van CNC-bewerking op frames van aluminiumlegeringen en anodisatiebehandeling om ze een kleurrijk uiterlijk te geven. Ze kunnen meer dan 5 miljoen eenheden per maand maken.
Algemene machines: een bepaald klepbedrijf maakt kogelkranen met hoge- precisie door ze machinaal te bewerken en vervolgens sterk te verchromen om ze beter bestand te maken tegen slijtage. Deze kleppen gaan ruim 10 jaar mee.
Trends in de markt:

Geïntegreerde productie: steeds meer bedrijven maken gebruik van een mix van '3D-printen+verspanen'. Een leverancier van luchtvaartonderdelen maakt bijvoorbeeld bijna-netgevormde stukken met behulp van 3D-printen en gebruikt vervolgens machinale bewerking om de uiteindelijke precisie te verkrijgen. Dit verhoogt het materiaalgebruik tot 85% en verkort de productiecycli met 60%.
Slimme upgrade: AI-algoritmen worden toegevoegd aan de na--verwerking van 3D-printen om de procesparameters te verbeteren. Eén bedrijf gebruikte bijvoorbeeld machine learning-modellen om te raden hoe warmtebehandeling de vorm van iets zou veranderen, waardoor het verwerkingskwalificatiepercentage steeg van 82% naar 95%.