Можно ли частично исключить пост-обработку 3D-печати металлом?

一, Основная идея пост-обработки – перейти от "удобного" к "надежному".
Когда вы печатаете металл на 3D-принтере, вы плавите металлический порошок или проволоку слой за слоем. Это может вызвать проблемы, включая остаточное напряжение, мелкие дефекты и шероховатую поверхность. Основная цель пост-обработки — исправить эти «врожденные недостатки»:

Избавление от остаточного напряжения. Быстрое охлаждение во время печати может вызвать внутреннее напряжение, которое может привести к изгибу или разрушению деталей. Если лопатки турбины авиационного двигателя не обрабатывать для предотвращения перегрева, остаточные напряжения могут достигать 60 % предела текучести материала. Это может привести к внезапному разрушению лопастей во время работы двигателя.
Улучшение механических характеристик. Термическая обработка, такая как твердый раствор + старение, может уменьшить размер зерна, вызвать образование упрочняющих фаз и повысить предел прочности титанового сплава на разрыв с 800 МПа до 1200 МПа, что и необходимо авиационным конструкциям, несущим нагрузки-.
Улучшение поверхности: Пескоструйной обработкой, полировкой и другими методами можно снизить шероховатость поверхности с Ra12,5 мкм до Ra0,4 мкм и избавиться от следов межслойного соединения. Это делает имплантаты биосовместимыми.
Герметизация внутренних дефектов: технология горячего изостатического прессования (HIP) сжимает поры при высоких температурах и давлениях, обеспечивая плотность материала почти 100% и значительно продлевая его усталостную долговечность.
2. Возможность частичного пропуска пост-обработки: метод дифференциации на основе сцены-
Даже если пост-обработка необходима, бывают случаи, когда частичное «вычитание» можно выполнить за счет оптимизации процесса или использования новых материалов:

1. Вынос несущих конструкций: от «обязательного» к «необязательному»
Чтобы удержать подвешенные детали от падения, традиционная 3D-печать металлом нуждается в опорных конструкциях. Однако снятие опоры может привести к повреждению поверхности детали. Благодаря замкнутому-контролю ванны расплава и бесконтактному распределению порошка неподдерживаемая технология печати VELO 3D нарушает «правило 45 градусов». Он может печатать сложные конструкции с внутренним диаметром до 100 мм без необходимости использования опоры. Например, напечатанная внутренняя трубка теплообменника имеет гладкость поверхности Ra3,2 мкм, что сразу же соответствует критериям гидроизоляции. Это означает, что нет необходимости снимать опору и повторно полировать поверхность.

2. Обработка поверхности: от «тонкой полировки» до «функциональной направленности».
Для областей, которые не видны, или для частей, находящихся внутри канала потока, шероховатость поверхности можно немного ослабить. Например:

Детали автомобильной подвески: за счет изменения настроек печати (толщина слоя до 0,1 мм и скорость сканирования до 1000 мм/с) шероховатость поверхности сохраняется на уровне Ra6,3 мкм, что соответствует нормам износостойкости и позволяет избежать этапа пескоструйной обработки.
Топливная форсунка для авиационного двигателя: шероховатость поверхности внутреннего канала потока составляет Ra8 мкм после печати методом лазерного селективного плавления (SLM). Благодаря моделированию жидкости эффект распыления топлива соответствует норме, поэтому дополнительная полировка не требуется.
3. Термическая обработка: от «полного охвата процесса» до «индивидуализации по требованию»
Термическая обработка может улучшить работу изделия, но она также может повлиять на размер или цвет деталей. Следующие ситуации могут исключить или облегчить термообработку:

Декоративные металлические изделия, такие как ювелирные изделия из титанового сплава, напечатанные на 3D-принтере-, не обязательно должны быть твердыми, поэтому обработку твердым раствором можно пропустить, чтобы металл сохранил блеск.
При работе с низкими-температурами, например при использовании кронштейнов из алюминиевого сплава при температуре до -40 градусов, остаточное напряжение удерживается в безопасном диапазоне за счет оптимизации условий печати (например, предварительного нагрева носителя до 200 градусов), поэтому нет необходимости в отжиге для снятия напряжений.
На этапе исследований и разработок детали, не прошедшие-термическую обработку, позволяют быстро проверить работоспособность конструкции и ускорить итерационный цикл.
4. Удаление и переработка порошка: от «ручного управления» к «автоматизированной интеграции»
Удаление и сортировка порошка занимают много времени в процессе плавления слоя порошка. Platinum BLT-S800 оснащен автоматической системой рекуперации порошка, которая обеспечивает подачу порошка по замкнутому контуру в кабине. Это делает его на 80% более эффективным при удалении порошка и устраняет некоторые процедуры проверки человека.

3. Игнорирование рисков и ограничений пост-обработки: признак технологической зрелости.
Можно сэкономить деньги, не выполняя всю-обработку сообщений, но следует учитывать некоторые моменты:

Ухудшение характеристик. Необработанные детали из жаропрочных-сплавов на основе никеля могут потерять 30 % своей жаропрочности-, что недостаточно для авиационных двигателей.
Снижение надежности: имплантаты из титанового сплава, которые не подвергались обработке HIP, могут иметь усталостный срок службы на 50% короче, что повышает вероятность клинической неудачи.
Проблема с соблюдением требований. Существуют строгие стандарты сертификации деталей в таких отраслях, как здравоохранение и авиация (например, ASTM F2924), и пропуск важных этапов пост-обработки может означать провал теста.
Отраслевая практика показала, что целесообразность отказа от пост-обработки зависит от технологической зрелости и устойчивости сценария. Например, оборудование Concept Laser M2 компании GE Additive снижает остаточное напряжение в деталях из нержавеющей стали на 40 % за счет использования более совершенных методов сканирования. Некоторые детали могут даже не подвергаться отжигу для снятия напряжений. Однако медицинские имплантаты по-прежнему нуждаются в полной термообработке и пассивации поверхности, чтобы быть безопасными для биологического использования.