Какие этапы-обработки обычно требуются после завершения 3D-печати металлом?

1. Удаление и переработка порошка: первый шаг — перейти от «порошкового слоя» к «независимым частям».
Технология SLM и другие методы 3D-печати металлом создают изделия путем плавления порошка слой за слоем. После печати детали погружаются в нерасплавившийся порошок. Во-первых, оператору необходимо использовать взрывозащищенный пылесос, чтобы убрать остатки порошка с поверхностей компонентов. Затем им необходимо подать порошок в систему сортировки, чтобы получить обратно порошок, который можно использовать снова в зависимости от размера частиц. Например, после сортировки порошок титанового сплава с частицами от 15 до 45 микрон можно использовать повторно с степенью извлечения более 90%. Эта процедура снижает стоимость материалов и ущерб, который порошковые отходы наносят окружающей среде.

2. Снятие напряжения: самое важное, что нужно сделать, чтобы детали не сгибались и не ломались.
Когда металл печатается на 3D-принтере, он может получить остаточное напряжение из-за быстрого нагрева и охлаждения, что может привести к изгибу или даже поломке деталей. Для снятия стресса необходима термическая обработка. Поместите детали в вакуумную печь или печь с защитой от инертного газа, нагрейте их чуть ниже температуры рекристаллизации материала (приблизительно 600 градусов для титанового сплава), оставьте их там на несколько часов, а затем дайте им медленно остыть. Например, обработка для снижения напряжения снизила остаточное напряжение на 70% после печати данной лопатки авиационного двигателя. Это сделало деталь намного более стабильной по размеру.

3. Разделение частей: тонкие операции от строительных досок до отдельных людей
Механическая или электрическая обработка должна отделить соединение между деталями и строительной плитой. Обычным способом резки сложных форм является электроэрозионная резка проволокой (ЭРО), которая занимает длительное время (примерно 2–4 часа на деталь). Ленточная пила режет быстрее (около 10–30 минут на заготовку), но ее может быть трудно резать, поскольку по мере резки материал становится все тверже. Например, фирма, производящая автомобильные компоненты, использует ленточные пилы для резки деталей из сплава хрома, никеля и железа, а затем фрезерование на станке с ЧПУ для объединения двух процессов разделения и прецизионной обработки. Это делает работу на 50% более эффективной.

4. Термическая обработка: основной этап улучшения характеристик материалов.
Нагревая, изолируя и охлаждая материалы, термообработка изменяет их микроструктуру и делает их прочнее. Некоторые общие шаги:

Отжиг: Избавление от внутренних напряжений и улучшение пластичности (например, увеличение удлинения алюминиевого сплава на 30% после отжига);
Закалка и отпуск. Делайте вещи более твердыми и жесткими (например, литейная сталь приобретает твердость HRC52-56 после закалки и отпуска);
Обработка раствором. Уменьшите вероятность коррозии материалов (например, уменьшите вероятность коррозии нержавеющей стали между зернами после обработки раствором).
Например, компания по производству медицинского оборудования производит протез тазобедренного сустава из титанового сплава, который проходит обработку в вакууме. Это не только избавляет от внутреннего напряжения, но и уменьшает размер зерна, что удваивает усталостную долговечность.

5. Обработка поверхности: многомерная оптимизация для улучшения внешнего вида и функциональности.
Одним из наиболее важных шагов в улучшении качества деталей является обработка поверхности. Это делает поверхность лучше, снижает вероятность ржавчины и продлевает срок ее службы. Некоторые распространенные способы:

Механическая обработка: исправление погрешностей размеров с помощью, например, механической обработки и шлифования на станке с ЧПУ. Например, пяти-осевое фрезерование может привести к увеличению погрешности круглости с 0,1 мм до 0,02 мм после печати данного диска турбины двигателя.
Пескоструйная обработка. Компания по производству бытовой электроники использовала высокоскоростную-струю песка, чтобы ударить по поверхности, удалить оксидный слой и выровнять текстуру. Им удалось снизить шероховатость поверхности Ra корпуса телефона из титанового сплава до 1,6 мкм с помощью пескоструйной обработки.
Химическая/электрохимическая полировка. Компания по производству медицинского оборудования снизила шероховатость поверхности пористых имплантатов, напечатанных на 3D-принтере, с 6–12 мкм до 0,2–1 мкм за счет химического растворения и сглаживания поверхности. Это значительно снижает вероятность прилипания бактерий к имплантатам.
PVD-покрытие может продлить срок службы поверхности формы в три раза дольше, чем без него. С другой стороны, анодирование делает алюминиевые сплавы более устойчивыми к коррозии. Например, анодированная авиационная деталь может прослужить 1000 часов при испытании в солевом тумане вместо 240 часов.
6. Горячее изостатическое прессование (ГИП): лучший способ избавиться от внутренних изъянов
Горячее изостатическое прессование — обязательный этап-после обработки для применений, требующих очень высокой надежности, например аэрокосмической промышленности. В ходе этого процесса детали помещаются в резервуар с высоким-давлением (до 100–200 МПа) и нагреваются до 1200 градусов, что заставляет материал изгибаться и заделывать внутренние поры и микротрещины. После обработки ГИП плотность сопла ракетного двигателя увеличилась с 99,2% до 99,99%, а усталостная прочность увеличилась на 40%.

7. Проверка и тестирование: последний шаг к обеспечению качества
После завершения пост-обработки необходимо провести не-неразрушающий контроль (например, компьютерную томографию или ультразвуковой контроль), чтобы проверить качество внутри. Например, компания по производству автомобильных запчастей использует промышленную компьютерную томографию для проверки внутренних каналов потока 3D--напечатанных на 3D-принтере кожухов с водяным-охлаждением, чтобы убедиться в отсутствии засоров и трещин. В то же время они проводят испытания механических характеристик (например, испытания на растяжение и твердость) и испытания на точность размеров (например, измерение координат), чтобы убедиться, что детали соответствуют проектным требованиям.