Miks pole metallist 3D-prinditud osade puhul{0}}läbirääkimine kuumtöötlemine?

Mis täpselt juhtub metallosa sees 3D-printimise ajal?

Metallilisandite tootmise kiht-oma-kihilise olemuse tõttu loob erakordse disainivabaduse, aga ka varjatud sisemisi väljakutseid.

Laser sulatab metalli -, kuid loob ka stressilahinguvälja

Fokuseeritud laser sulatab metallipulbrit temperatuuril üle 1500 kraadi, millele järgneb ülikiire jahutuskiirus -, mis ulatub sageli 10⁶ kraadini sekundis. Need ägedad temperatuurigradiendid tekitavad suure jääkpingega metallist SLM-osi. See sarnaneb klaasplaadi kiire kuumutamise ja jahutamisega: sees koguneb nähtamatud pinged. See on selle põhiomadusMetallist 3D-printimise tehnoloogiadnagu DMLS ja SLM.

Jääkstress - Vaikse osa tapja

Valmistatud 316-liitriste roostevabast terasest osade-jääkpinged ulatuvad tavaliselt 400–600 MPa-ni. Need pinged esinevad makroskoopilisel, mikroskoopilisel ja sub{5}}mikroskoopilisel tasemel. Leevendamata põhjustavad need moonutusi, pragusid või äkilisi rikkeid koormuse all. Just seetõttu on metallist 3D-prinditud osade kuumtöötlus mis tahes funktsionaalse rakenduse jaoks ülioluline.

Poorsus, mikrostruktuur ja miks{0}}ehitatud osad on "lõpetamata"

Printimine on alles esimene samm. Kuna-ehitatud osad sisaldavad tavaliselt 0,1–2% poorsust ja neil on tugev anisotroopsus -, Z-teljega (ehitussuund) mehaanilised omadused on sageli 15–30% madalamad kui XY suundadel. Meie klientide toetamise kogemuse põhjal integreerib iga mainekas metallilisandite tootmisteenuse pakkuja järeltöötluse põhitöövoogu, mitte ei käsitle seda valikulisena.

Tabel 1: -Ehitatud vs kuumtöödeldud metalli omadused{2}}

Metalli 3D-printimisel kasutatavad peamised kuumtöötlusliigid

Stressi leevendav lõõmutamine

See on kõige laialdasemalt kasutatav algetapp. Osasid kuumutatakse 450–750 kraadini (sõltub sulamist) ja hoitakse 1–4 tundi. Stressi leevendamise lõõmutamine DMLS vähendab tavaliselt jääkpingeid 50–80%, parandades oluliselt stabiilsust ja elastsust.

Lahuse lõõmutamine ja vanandamine

Sulamid, nagu Inconel 718 ja 17-4PH, vajavad maksimaalse jõudluse saavutamiseks lahusega lõõmutamist ja vanandamist. Inconeli kuumtöötluslisandite tootmisel võib see tõsta tõmbetugevust ~1000 MPa-lt üle 1350 MPa-ni – see on hädavajalik nõudlike kosmose- ja kosmosemetallide prototüüpide kuumtöötlusrakenduste jaoks.

Kuum isostaatiline pressimine (HIP)

HIP ühendab kõrge temperatuuri (1000–1200 kraadi) ja rõhu (100–200 MPa), et varjata sisemised tühimikud. Poorsus langeb 0,5–2%-lt peaaegu nullini ja väsimuse kestus paraneb sageli 2–4 korda. HIP-protsessi metallilisandite tootmine on eriti oluline ohutuse{10}}kriitiliste osade jaoks.

Korpuse kõvenemine ja pinnatöötlus - Kui pind vajab täiendavat tugevust

Karburiseerimine, nitreerimine või laserkarastamine suurendavad hammasrataste ja tööriistade kulumiskindlust. Need on põhjaliku metalli 3D-printimise järeltöötluse põhielemendid.

Tabel 2: Kuumtöötluse tüübid

Materjal-materjalide jaotuse järgi-

Roostevaba teras (316L, 17-4PH) Tööhobuse materjal

316L vajab tavaliselt stressi leevendamist meditsiiniliseks ja tööstuslikuks kasutamiseks. 17-4PH nõuab suure tugevuse saavutamiseks (nt ~1170 MPa saagis H900 tingimustes) lahuse lõõmutamist ja vanandamist. Kas SLM-i roostevaba teras vajab lõõmutamist? Jah, kõigi koormus--- või väsimustundlike{8}}rakenduste jaoks.

Titaan (Ti-6Al-4V) Kerge, kuid pingetundlik

Meditsiinilise implantaadi metallist 3D-printimisel ja kosmoselennukite sulgudes on Ti-6Al-4V jääkpinge suhtes äärmiselt tundlik. HIP-iga kombineeritud stressi leevendamine on standardvarustuses. Oleme näinud, kuidas HIP parandab kliendiprojektides väsimust ~35%. Nii AS9100 kui ka ISO 13485 nõuavad korralikku titaanist 3D-printimise stressi leevendamist.

Alumiinium (AlSi10Mg) Kiire printimine, keeruline töödelda

Alumiinium prindib kiiresti, kuid nõuab hoolikat T6-töötlust. Valed temperatuurid võivad terad jämedaks muuta ja tugevust vähendada. Õigesti teostatud T6 toob tõmbetugevuse 370–430 MPa.

Inconeli ja nikli supersulamid ekstreemsete keskkondade jaoks

Neid sulameid kasutatakse turbiinides ja keemilises töötlemises. Nende mitmeastmeline kuumtöötlus nõuab täpset juhtimist, et säilitada kõrget-temperatuuri.

Tabel 3: Soovitatav kuumtöötlus metallimaterjali järgi

Mis juhtub, kui jätate kuumtöötluse vahele?

Osa rike koormuse all

Töötlemata osadel on tavaliselt 30–50% väiksem väsimustugevus. See on otsene vastus küsimusele, mis juhtub, kui jätate 3D-prinditud metalli kuumtöötluse vahele - äkilised tõrked muutuvad palju tõenäolisemaks.

Mõõtmete ebastabiilsus aja jooksul

Jääkpinged vabanevad töö ajal aeglaselt, põhjustades täppistööriistade või vormide järkjärgulisi moonutusi. See on kuumtöötlemise ja kuumtöötluseta metallitrükkimise oluline erinevus.

Eeskirjade mittevastavus-

Lennunduse (AS9100/NADCAP), meditsiini (ISO 13485/FDA) ja autotööstuse standardid nõuavad dokumenteeritud kuumtöötlust. Selle vahelejätmine võib sertifitseerimist täielikult takistada.

Eksitavad „hea{0}}välimusega osad

sisseMetallist 3D-printimine kiire prototüüpimine, võivad osad läbida visuaalse ja põhimõõtmete kontrolli, varjates samas ohtlikke sisepingeid ja poorsust.

Kuumtöötlus kiireks prototüüpimiseks

Levinud oletus, mis paneb kliendid hätta

Paljud meeskonnad eeldavad, et prototüübid vajavad sobivuse kontrollimiseks ainult tavalist printimist. Funktsionaalsete metallide prototüüpide testimisel põhjustab kuumtöötluse vahelejätmine eksitavaid - või ohtlikke - testitulemusi.

Millal saate selle vahele jätta (ja kui te absoluutselt ei saa)

Jätke vahele ainult visuaalse või staatilise koostukontrolli jaoks. Ärge kunagi jätke vahele koormuse, väsimuse, termilise või sertifitseerimisega seotud metalli 3D-printimise kiirprototüüpimist.

Kuidas kuumtöötlus mõjutab prototüübi teostusaega ja -kulusid

Stressi leevendamine lisab tavaliselt 1–2 päeva ja 10–25% kulusid. HIP lisab 3–7 päeva ja 30–60%. Usaldusväärne metallist prototüübi tootja täielik protsess selgitab selgelt teie konkreetse rakenduse väärtust ja{10}}mööndusi.

Võtke kohe ühendust

Kuumtöötlus ei ole -- valikuline lisand, see on mitte-aruteldav osaMetallist 3D-printimise materjalidja metallist 3D-printimise tehnoloogiad. Selle vahelejätmine lühiajalise-säästu eesmärgil on sageli kõige kallim otsus, kui osad reaalses-kasutamises üles ütlevad.

Järgmiseks kosmoselennukite metalliprototüüpide kuumtöötlemiseks, meditsiiniliste implantaatide metallist 3D-printimiseks või funktsionaalse metalli prototüübi testimise projektiks tehke koostööd teenusepakkujaga, kes valdab kogu protsessi.

Esitage oma failid juba täna, et saada tasuta DFM-i ülevaade, mis sisaldab kohandatud kuumtöötluse soovitusi. Meie meeskond on spetsialiseerunud sertifitseeritavate, suure jõudlusega-tulemuste pakkumisele täisteenindusega -metallist 3D-printimise tehasena koos kuumtöötlusega.

Viited

Wohlersi aruanne 2023: ülemaailmse metalli AM turu andmed, HIP-i kasutamise statistika

MarketsandMarkets 2024: metallilisandite tootmise turu prognoos aastani 2028

ASTM F3055 / ISO/ASTM 52900: AM metallmaterjalide standardsed spetsifikatsioonid

EOS GmbH / Trumpf Technical Papers: DMLS-i jääkpinge andmed, kuumtöötlemise juhised

ASM International - Heat Treater's Guide: Temperatuuri/aja parameetrid sulami järgi

AS9100D / NADCAP: Aerospace AM ja kuumtöötlemise sertifitseerimisnõuded

ISO 13485 / FDA 21 CFR osa 820: Meditsiiniseadmete tootmise kvaliteedistandardid