Apakah semua bagian logam yang dicetak 3D harus menjalani pasca-pemrosesan?

1. Prinsip teknis: "Cacat bawaan" dalam manufaktur aditif dan cara memperbaikinya dalam pasca-pemrosesan
Ide dasar di balik pencetakan 3D logam adalah "penumpukan lapis demi lapis". Ini berarti melelehkan serbuk logam dengan laser atau berkas elektron untuk membuat bentuk tiga-dimensi. Meskipun prosedur ini dapat membuat struktur geometris yang rumit tanpa biaya apa pun, prosedur ini akan selalu menimbulkan masalah teknis berikut:

Terlalu banyak kekasaran pada permukaan: Tanda solidifikasi dari kumpulan lelehan di antara lapisan yang dicetak menciptakan "efek langkah", yang membuat kekasaran permukaan (nilai Ra) lebih tinggi dibandingkan dengan pemrosesan tradisional. Misalnya, komponen cetakan 3D paduan titanium dapat memiliki kekasaran permukaan Ra 10–20 μm, sedangkan bilah mesin pesawat memerlukan kekasaran permukaan Ra Kurang dari atau sama dengan 0,8 μm.
Menimbulkan tegangan sisa: Jika Anda memanaskan dan mendinginkan suatu bagian dengan cepat, hal ini dapat menghasilkan tegangan tarik di dalam bagian tersebut, yang dapat menyebabkannya bengkok, terdistorsi, atau retak. Studi kasus proyek komponen struktur penerbangan menunjukkan bahwa komponen paduan titanium cetak 3D yang tidak diberi perlakuan dapat menekuk hingga 1,2 mm setelah penggilingan, yang jauh melebihi toleransi desain.
Cacat pada struktur mikro: Cacat mikro seperti porositas dan kurangnya fusi pada potongan disebabkan oleh cara kerja pembentukan metalurgi serbuk. Data penelitian menunjukkan bahwa porositas komponen paduan aluminium yang dihasilkan dengan teknik SLM dapat mencapai 0,5% hingga 2%, sehingga sangat mengurangi umur kelelahan.
Teknologi pasca-pemrosesan menggunakan metode fisik, kimia, atau termodinamika untuk memperbaiki masalah yang tercantum dengan cara tertentu:

Pemrosesan mekanis: Peralatan mesin CNC lima-sumbu dapat membuat permukaan penting menjadi cukup halus hingga berada di bawah Ra 0,4 μm.
Perlakuan panas adalah proses menghilangkan tegangan sisa dan memperbaiki struktur butiran. Perawatan anil dan larutan adalah dua contohnya. Misalnya, setelah perlakuan panas, tegangan sisa bagian turbocharger pada mobil tertentu turun sebesar 75%, dan stabilitas dimensi meningkat sebesar 30%.
Pengepresan isostatik panas (HIP): mengompresi pori-pori dalam pengaturan dengan tekanan dan suhu tinggi untuk mendapatkan kepadatan material mendekati 100%. Dalam industri dirgantara, perlakuan HIP terbukti dapat melipatgandakan atau melipatgandakan umur kelelahan suku cadang.
2. Persyaratan kualitas: beralih dari "dapat digunakan" menjadi "dapat diandalkan"
Kriteria kualitas tempat penggunaan komponen cetakan 3D logam terkait langsung dengan kebutuhan pasca-pemrosesan komponen tersebut. Pasca-pemrosesan telah menjadi langkah penting dalam situasi berikut:

Bidang dengan presisi tinggi: Implan medis harus memenuhi standar medis ISO 13485, dan kekasaran permukaan harus dijaga hingga Ra 0,8 m agar bakteri tidak menempel padanya. Untuk memastikan tidak ada cacat internal, bilah mesin pesawat harus diuji sedemikian rupa sehingga tidak merusaknya, seperti CT scan. Porositasnya harus kurang dari 0,1%.
Lingkungan beban dinamis: Suku cadang seperti roda gigi, poros, dan suku cadang lain di mobil harus mampu menangani perubahan tekanan. Konsentrasi tegangan sisa dapat mengurangi umur kelelahan komponen pencetakan 3D yang tidak diberi perlakuan lebih dari 50%.
Agar-tahan terhadap korosi, komponen teknik kelautan harus lulus uji semprotan garam (seperti standar ASTM B117). Perawatan permukaan seperti anodisasi dan pelapisan listrik dapat memberikan lapisan pelindung yang membuat komponen sepuluh kali lebih tahan terhadap korosi.
Namun tidak setiap situasi memerlukan banyak pasca{0}}pemrosesan. Misalnya,

Tahap verifikasi prototipe: Untuk mempercepat siklus pengembangan, pemesinan presisi mungkin mengabaikan elemen-yang tidak penting yang digunakan untuk pengujian fungsional. Dengan memproduksi prototipe cangkang secara cepat, sebuah perusahaan elektronik konsumen memangkas waktu yang diperlukan untuk melakukan perubahan pada desain dari 6 minggu menjadi 2 minggu.
Bagian-bagian yang membentuk bagian dalam: Jika elemen tertanam atau permukaan yang tidak saling bersentuhan tidak mempengaruhi kinerja keseluruhan, permukaan aslinya dapat dipertahankan. Braket pipa bahan bakar pada mesin pesawat tertentu telah diperbaiki sehingga hanya 40% area yang perlu diproses kembali.
Sistem untuk material khusus: Karena struktur mikronya yang homogen, komponen cetakan 3D yang terbuat dari beberapa paduan baru, termasuk paduan entropi tinggi, dapat segera memenuhi kriteria kinerja. Penelitian telah menunjukkan bahwa komponen paduan CoCrFeNi dengan komposisi tertentu dapat memenuhi kriteria ketahanan aus tanpa memerlukan perlakuan panas pasca-pencetakan.
3, Biaya dan Efisiensi: "Batas Ekonomi" Pasca Pemrosesan
Saat memilih pasca{0}}pemrosesan, Anda harus menemukan keseimbangan antara kinerja yang lebih baik dan biaya yang lebih tinggi. Sebagai contoh, mari kita lihat proyek untuk bagian tertentu dari struktur pesawat terbang:

Biaya pencetakan langsung: Dibutuhkan 120 jam untuk mencetak suku cadang, dan biaya peralatan serta bubuknya sekitar 80.000 yuan.
Biaya pasca-pemrosesan adalah 20.000 yuan untuk perlakuan panas, 30.000 yuan untuk pemesinan presisi CNC, dan 10.000 yuan untuk pengujian, dengan total 60.000 yuan.
Manfaat komprehensif: Pasca{0}}pemrosesan telah meningkatkan tingkat kualifikasi suku cadang dari 65% menjadi 92%, menurunkan biaya unit dari 123.000 yuan menjadi 109.000 yuan, dan memenuhi persyaratan sertifikasi kelaikan udara.
Dalam industri, "batas ekonomi" pasca-pemrosesan bergantung pada hal-hal berikut:

Kompleksitas bagian: Semakin rumit strukturnya, semakin sulit dan mahal pemrosesannya. Misalnya, untuk menghilangkan penyangga dari cakram turbin dengan saluran aliran internal, diperlukan biaya lebih dari 50.000 yuan untuk setiap bagiannya untuk memotong kabel dengan pelepasan listrik.
Skala batch: saat membuat sesuatu dalam jumlah kecil, biaya pasca-pemrosesan tersebar luas; saat membuat sesuatu dalam skala besar, optimalisasi proses dapat menurunkan biaya per unit. Sebuah perusahaan mobil tertentu telah menurunkan harga satu item dari 150 yuan menjadi 80 yuan dengan menggunakan metode pasca-pemrosesan biasa.
Redundansi performa: Jika desain memungkinkan adanya beberapa perubahan performa, hal ini dapat mengurangi jumlah langkah yang diperlukan setelah pemrosesan. Misalnya, perlengkapan perkakas tertentu memotong waktu pengiriman sebesar 40% dengan mengubah rentang toleransi dan menghilangkan langkah perlakuan panas.