Металлическая 3D-печать-Сравнение постобработки: какой метод отделки подойдет вашей детали?

Когда деталь прибыла, она выглядела идеально - с чистыми поверхностями, точными внешними размерами и готовой к сборке. Через три дня при функциональном тестировании он треснул при умеренной нагрузке. Неудача не была вызвана плохим дизайном или ошибками печати. Это произошло потому, что важные этапы пост-обработки, такие как снятие стресса, были пропущены в целях «экономии времени».

В другом случае клиент заплатил надбавку за HIP за детали прототипа, которым требовалось только базовое функциональное тестирование -, добавив 40 % к бюджету без какой-либо измеримой выгоды.

3D-печать металлом поможет вам. Постоб-обработка дает вам ту часть, которая действительно работает - столько, сколько необходимо. Но при таком большом количестве доступных вариантов как узнать, какие из них действительно нужны вашей детали -, а за какие вы платите без необходимости?

Почему пост-обработка не является обязательной при 3D-печати металлом

То, что выходит из принтера, — это только начало

Изготовленные-металлические детали, напечатанные на 3D-принтере, обычно сталкиваются с рядом проблем:

Шероховатость поверхности Ra 6–20 мкм (значительно превышает требования большинства применений)

Высокие остаточные напряжения (400–600 МПа в деталях из 316L SLM)

Внутренняя пористость 0,1–2%

Анизотропия (сила в направлении Z- часто на 15–30 % ниже, чем в направлении XY)

Опорные конструкции, которые необходимо удалить

Короче говоря, почти 100% металлических 3D-печатных деталей требуют, по крайней мере, некоторой последующей обработки металлических 3D-печатных деталей, чтобы их можно было использовать. Вот почему какая постобработка необходима для 3D-печати металлом — один из самых частых вопросов, которые мы получаем от клиентов.

Скрытая цена пропуска-обработки сообщений

Пропуск важных шагов, таких как снятие напряжения, часто приводит к выходу детали из строя при тестировании или обслуживании. По нашему опыту, переделки, отзывы или отложенные проекты могут стоить в 5–10 раз дороже, чем правильная пост-обработка с первого раза. Например, необработанные детали из титана SLM обычно имеют на 30–50% меньший усталостный ресурс по сравнению с правильно обработанными. Любой опытный партнер фабрики 3D-печати по металлу, занимающийся полной постобработкой, скажет вам то же самое: стоимость пропуска пост-обработки почти всегда выше, чем ее выполнение сразу.

Как подумать о пост-обработке

Решения о пост-обработке должны приниматься с учетом четырех ключевых факторов: конечное-использование (демонстрация, функциональное тестирование или сертифицированное производство), материал, отраслевые нормы и бюджет/время выполнения заказа.

Таблица 1. Типичные проблемы, возникающие при 3D-печати из-изготовленного металла, требующие последующей-обработки

Метод пост-обработки - Снятие напряжения и термообработка

Что это такое и почему обычно это первый шаг

Снятие напряжений включает нагрев детали до определенной температуры, чтобы позволить внутренним напряжениям расслабиться. Это наиболее распространенный и основополагающий этап-обработки публикации.

Типичные параметры:

Нержавеющая сталь 316L: 650 градусов/2 часа/холодная печь

Ти-6Ал-4В: 730 градусов/2 часа/защита аргона

AlSi10Mg: обработка Т6 (раствор + старение)

Эффекты включают снижение остаточного напряжения на 50–80% и улучшение удлинения на 50–100%.

Когда достаточно только термической обработки

Обычно этого достаточно для промышленных функциональных деталей,3D-печатные автомобильные металлические деталии общие механические компоненты. Зачастую этого недостаточно для сертифицированных в аэрокосмической отрасли или медицинских имплантатов, для которых обычно требуется HIP.

Распространенные ошибки термообработки, которые портят деталь

Перегрев алюминиевых сплавов, вызывающий укрупнение зерна и потерю прочности (падение до 15–25%).

Слишком-быстрое охлаждение создает новые термические напряжения.

Отсутствие защиты инертного газа на титане, что приводит к окислению поверхности.

В одном проекте по прототипированию автомобиля, который мы поддерживали, неправильная скорость охлаждения AlSi10Mg привела к неожиданным искажениям, которые потребовали полной перепечатки.

После-Метод обработки - Горячее изостатическое прессование (HIP)

Что делает HIP, чего не может сделать термообработка

HIP одновременно применяет высокую температуру (1000–1200 градусов) и изостатическое давление (100–200 МПа) для разрушения внутренних пустот. Пористость падает с 0,5–2% почти до нуля, а усталостная долговечность часто увеличивается в 2–4 раза. Ti-6Al-4V, обработанный HIP-обычно, показывает примерно на 35 % более высокую усталостную прочность.

Кому нужен HIP, а кому нет

HIP необходим для первичных конструкций аэрокосмической отрасли, медицинских имплантатов и компонентов высокого-давления. Обычно в этом нет необходимости для визуальных прототипов или не-некритичных функциональных частей.

Стоимость и время выполнения заказа HIP: проверка реальности

HIP обычно увеличивает стоимость на 30–60 % и время выполнения заказа на 3–7 дней по сравнению с базовой термообработкой. При проектировании необходимо учитывать незначительную усадку размеров (0,1–0,3%).

Таблица 2. Быстрое сравнение снятия напряжения, полного отжига и HIP

Пост--Метод обработки- Обработка на станке с ЧПУ после 3D-печати металлом

Почему 3D-печать и обработка на станке с ЧПУ лучше вместе, чем по отдельности

Обработка на станке с ЧПУ после 3D-печати металлом сочетает в себе лучшее из обоих миров: аддитивное для сложных внутренних элементов и субтрактивное для высокоточных сопрягаемых поверхностей. Это позволяет улучшить критические размеры с ±0,1–0,2 мм (-напечатанных) до ±0,01–0,05 мм.

Какие поверхности обычно требуют ЧПУ после печати

Сосредоточьтесь на станках с ЧПУ на резьбе, уплотнительных поверхностях, отверстиях подшипников и прецизионных позиционирующих элементах. Расчет с припуском на обработку 0,3–0,5 мм на этих участках.

Проектирование для ЧПУ.-После-печати. ​​О чем следует подумать заранее

Всегда сообщайте своему поставщику, какие поверхности являются функциональными, а какие косметическими. Это меняет как стратегию печати, так и план последующей-обработки.

Последующая-метод обработки- поверхности (полировка, пескоструйная обработка, электрополировка)

Дробеструйная очистка - Универсальный первый шаг для подготовки поверхности

Пескоструйная обработка стеклянными шариками удаляет линии слоев и создает однородную основу, уменьшая Ra с 12–20 мкм до 3–6 мкм, обеспечивая при этом легкие преимущества дробе-упрочнения.

Механическая полировка - для видимых поверхностей и строгих требований Ra

Подходит для эстетических прототипов и видимых компонентов. Достижимый Ra 0,2–1,6 мкм.

Электрополировка - Профессиональный выбор для деталей медицинского и пищевого назначения-

Электрополировка обеспечивает равномерный Ra 0,1–0,4 мкм, снимает микро-напряжения и пассивирует поверхность. Это часто требуется для медицинских и пищевых-приложений, контактирующих с пищевыми продуктами.

Абразивная обработка (AFM) - Решение для внутренних каналов

AFM идеально подходит для полировки сложных внутренних каналов теплообменников и компонентов аэрокосмической промышленности.

Таблица 3. Сравнение методов обработки поверхности металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере

Метод-обработки публикации - Пассивация и химическая обработка

Пассивация удаляет свободное железо и образует на нержавеющей стали защитный оксидный слой, значительно улучшая коррозионную стойкость. Титановые и никелевые сплавы часто требуют химической очистки для удаления оксидов.

Метод пост-обработки - дробеструйная обработка и механическое упрочнение поверхности

Дробеструйная обработка создает полезные сжимающие напряжения, которые увеличивают усталостную долговечность. Он часто указывается в стандартах аэрокосмической и автомобильной промышленности. Лазерная ударная обработка обеспечивает еще более глубокий эффект для критически важных компонентов.

Свяжитесь сейчас

Отраслевые-требования к почтовой-обработке

Аэрокосмическая и оборонная промышленность

Требуется снятие напряжений, HIP для первичных конструкций, ЧПУ на сопрягаемых поверхностях и полный неразрушающий контроль. Более 70% металлических деталей AM аэрокосмической отрасли подвергаются HIP (отчет Wohlers, 2023 г.).

Автомобильная промышленность

Прототипы обычно требуют термической обработки + ЧПУ на функциональных поверхностях. Производственные детали могут добавлять HIP для компонентов двигателя.

Медицинское оборудование

Требуется HIP для имплантатов, электрополировка + пассивация и обширная проверка. В нашей работе с медицинскими клиентами правильная пост-обработка была ключом к прохождению проверок FDA и ISO 13485.

Стоимость и время выполнения

Последующая-обработка обычно составляет 25–55 % от общей стоимости проекта. Производитель 3D-печати из прозрачного металла с отделкой поэтапно сократит затраты и сроки выполнения работ.

Последующая-обработка не является дополнением-кУслуги 3D-печати металлом- это важнейший шаг, который превращает напечатанную форму в надежную и высокопроизводительную-деталь. Выбор правильной комбинации может означать разницу между успехом проекта и дорогостоящим провалом.

Для вашего следующего3D-печать металлических деталей для аэрокосмической отраслиили проект 3D-печати автомобильных металлических деталей, отправьте свои файлы и требования на бесплатную проверку DFM с полными рекомендациями по пост-обработке. Наша команда полного-обслуживания обеспечивает оптимизированные и подлежащие сертификации результаты от печати до готовой детали.

Ссылки

MarketsandMarkets 2024: прогноз рынка металлопереработки и интегрированных систем пост-обработки до 2028 года

Отчет Уолера за 2023 год: уровень внедрения HIP в аэрокосмической AM, статистика использования неразрушающего контроля

ASTM A967 / ASTM B912: Стандарты пассивации и электрополировки.

ASTM F86: Стандарт обработки поверхности металлических хирургических имплантатов.

AS9100D / NADCAP: требования к сертификации AM и пост-аэрокосмической отрасли

ISO 13485/FDA 21 CFR, часть 820: Требования к качеству после-обработки медицинского оборудования

Технические документы EOS GmbH / Trumpf:-данные о свойствах исходного состояния и рекомендации по последующей-обработке