Apa kesulitan umum dalam pasca-pemrosesan pencetakan 3D logam?

1. Kontrol kekasaran permukaan: beralih dari "kosong" ke "produk jadi"
Karena pencetakan 3D logam membuat benda berlapis-lapis, permukaannya memiliki tekstur berundak dengan kekasaran (nilai Ra) yang biasanya antara 6 dan 12 μm. Ini jauh lebih kasar dibandingkan pemesinan tradisional, yang memiliki nilai kekasaran 0,8 hingga 1,6 μm. Misalnya, kekasaran dinding bagian dalam saluran pendingin bilah mesin pesawat harus dijaga di bawah 3 μm, jika tidak maka akan sangat menurunkan efektivitas perpindahan panas.
Masalah dengan teknologi:
Struktur pendukung sisa: Struktur pendukung yang diterapkan selama pencetakan untuk mencegah perubahan bentuk dapat meninggalkan lubang atau benjolan di permukaan setelah dilepas.
Adhesi bubuk: Ketika partikel bubuk tidak meleleh seluruhnya, partikel tersebut menempel pada permukaan, yang disebut "spheroidisasi".
Jejak ikatan antar lapisan: Benjolan kecil dapat terbentuk di persimpangan jalur pemindaian laser.
Menjawab:
Pemolesan kimia: Menggunakan larutan asam atau basa untuk melarutkan lapisan permukaan secara selektif dapat membuatnya lebih halus dari 1 μm, namun Anda harus sangat berhati-hati dalam menentukan berapa lama Anda membiarkannya dalam larutan untuk menghindari terlalu banyak korosi.
Perlakuan sandblasting: Permukaan matte yang seragam tercipta dengan memukul permukaan dengan-aliran pasir berkecepatan tinggi. Hal ini bagus untuk desain rongga internal yang rumit, namun juga dapat menimbulkan patahan permukaan baru.
Pemolesan elektrolitik: Metode ini menggunakan prinsip elektrokimia untuk meratakan permukaan pada tingkat mikroskopis. Dapat memberikan efek cermin (Ra<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. Memperbaiki cacat internal: kunci untuk menjadikan segalanya lebih padat dan lebih baik.
Bagian dalam logam cetakan 3D biasanya memiliki porositas 0,1% hingga 5%. Cacat kecil ini dapat menyebabkan terbentuknya retakan, yang sangat memperpendek umur kelelahan komponen. Misalnya, implan paduan titanium dengan porositas lebih besar dari 0,5% mungkin gagal berintegrasi dengan tulang.
Masalah dengan teknologi:
Pori-pori: Jika intensitas laser terlalu rendah atau bubuk memiliki terlalu banyak oksigen, kumpulan lelehan dapat pecah.
Fusi tidak cukup: ikatan antar lapisan lemah, sehingga menyebabkan lapisan mikro.
Retak: Retak panas atau dingin yang terjadi ketika tegangan sisa menumpuk.
Menjawab:
Pengepresan isostatik panas (HIP): Bahan ditempatkan di bawah banyak tekanan (100–200 MPa) dan panas (900–1200 derajat). Hal ini membuatnya berubah bentuk, menutup pori-pori bagian dalam, dan meningkatkan kepadatannya hingga di atas 99,9%. Misalnya, perlakuan HIP telah meningkatkan umur kelelahan injektor bahan bakar tiga kali lipat pada mesin LEAP buatan GE Aviation.
Infiltrasi lokal: Metode impregnasi vakum mengisi area penting pada material komposit berbasis logam, sehingga cocok untuk memperbaiki struktur berdinding tipis.
Peleburan kembali dengan laser: Melakukan pemindaian kedua pada area dengan cacat permukaan atau interior dapat membantu memperbaiki butiran, tetapi juga dapat menambah tekanan termal baru.
3. Mengelola Residu Stres: Rekayasa Sistem untuk Mengendalikan Deformasi
Saat logam dicetak 3D, tekanan termal akibat pemanasan dan pendinginan yang cepat dapat mendekati 50% hingga 80% kekuatan luluh material. Hal ini dapat menyebabkan bagian-bagiannya terdistorsi, patah, atau berubah bentuk. Tegangan sisa dapat menyebabkan deformasi beberapa milimeter pada konstruksi rangka besar, yang jauh melebihi batas yang dapat diterima.
Masalah dengan teknologi:
Distribusi tegangan yang tidak merata: Bentuk geometris yang kompleks menyebabkan perubahan besar dalam gradien suhu.
Efek kendala substrat: Stres terbentuk pada titik pertemuan komponen dengan substrat, yang dapat dengan mudah menyebabkan delaminasi antarlapisan.
Tantangan pencetakan multi-bahan: Fakta bahwa berbagai bahan memuai dengan kecepatan berbeda membuat tekanan bertambah lebih cepat.
Menjawab:
Sebelum mencetak, panaskan media pada suhu antara 200 dan 500 derajat Celcius untuk menurunkan perbedaan suhu. Misalnya, mesin seri Precision dari Yunyao Shenwei memiliki fitur pemanasan awal substrat 500 derajat yang menurunkan kemungkinan retak pada bagian cetakan yang terbuat dari paduan titanium.
Mengoptimalkan strategi pemindaian: Gunakan "pemindaian pulau" atau "pemindaian papan catur" untuk menyebarkan masukan panas dan menjaganya agar tidak terlalu panas di satu tempat.
Anil pelepas stres: Setelah pencetakan selesai, perawatan insulasi dilakukan pada suhu 600–700 derajat untuk menghilangkan lebih dari 80% tegangan yang masih ada.
4. Jaminan akurasi dimensi: satu langkah maju dari "perkiraan cetakan" ke "pencetakan bersih"
Pencetakan 3D logam biasanya akurat hingga ± 0,1 mm, namun untuk potongan yang harus sangat presisi, seperti roda gigi jam, diperlukan pemesinan lebih lanjut. Namun sangat sulit untuk bekerja dengan struktur rongga interior yang rumit, seperti struktur kisi, dan mesin penggilingan atau pelepasan listrik (EDM) standar dapat merusak struktur internal.
Masalah dengan teknologi:
Deformasi penyusutan: Ketika logam mendingin, volumenya menyusut, yang menyebabkan dimensinya berubah.
Gangguan dari struktur pendukung: Dukungan sisa mempersulit pencarian bidang referensi pemesinan.
Struktur-berdinding tipis tidak cukup kaku, oleh karena itu getaran pemrosesan dapat dengan mudah merusak alat.
Menjawab:
Merancang kompensasi: Tetapkan jumlah penyusutan dalam model CAD sebelumnya (biasanya antara 0,2% dan 0,5%) dan periksa perbaikannya dengan mencetaknya beberapa kali.
Pemesinan tautan lima-sumbu: Peralatan LASERTEC 65 3D DMG MORI adalah contoh peralatan mesin CNC multi-sumbu yang dapat melakukan pencetakan dan penggilingan secara bersamaan.
Pemesinan elektrokimia (ECM) adalah metode menghilangkan material tanpa memerlukan gaya pemotongan mekanis. Ini bagus untuk pemesinan presisi struktur-berdinding tipis.
5. Kompatibilitas dengan beberapa material: masalah dengan material yang dinilai secara fungsional
Pencetakan 3D logam perlahan-lahan beralih ke arah komposit multi-bahan untuk memenuhi kebutuhan ringan, ketahanan terhadap korosi, dan konduktivitas. Namun fakta bahwa bahan yang berbeda memiliki titik leleh dan koefisien muai panas yang berbeda-beda berarti bahwa kekuatan ikatan di antara bahan-bahan tersebut tidak cukup kuat, sehingga dapat dengan cepat menyebabkan delaminasi atau keretakan.
Masalah dengan teknologi:
Kontaminasi-silang bubuk: Sisa bubuk di kompartemen pencetakan dengan beberapa bahan mengganggu kemurnian bahan.
Konflik parameter proses: material yang berbeda-beda harus disesuaikan dengan kekuatan laser yang berbeda-beda, kecepatan pemindaian, dan pengaturan lainnya.
Kinerja antarmuka menjadi lebih buruk: fase getas terjadi dengan cepat ketika material berbeda bertemu.
Menjawab:
Sistem pasokan bubuk modular: Misalnya, peralatan seri RESEARCH dari Yunyao Shenwei memiliki tangki pasokan bubuk independen yang memungkinkan Anda bertukar lapisan material yang berbeda.
Memproses antarmuka terlebih dahulu: Gunakan pembersihan laser atau penyemprotan plasma untuk membuat antarmuka menempel lebih baik.
Optimalisasi simulasi numerik: Gunakan perangkat lunak ANSYS atau COMSOL untuk memodelkan bagaimana sifat termal dan mekanik berbagai bahan berinteraksi selama proses pencetakan. Ini akan membantu Anda menetapkan parameter yang tepat.
6. Menemukan keseimbangan yang tepat antara biaya dan efisiensi: Masalah terbesar dalam produksi-skala besar
Pencetakan 3D logam menghabiskan biaya 30% hingga 70% dari keseluruhan biaya suatu produk, dan waktu pemrosesan yang lama (biasanya 2–5 kali waktu pencetakan), sehingga sulit digunakan dalam produksi massal. Misalnya, prosedur pengecoran tradisional untuk blok silinder mesin mobil menghabiskan biaya sekitar 500 yuan per buah. Sebaliknya, biaya pencetakan 3D dan-pemrosesan mungkin lebih dari 3000 yuan.
Masalah dengan teknologi:
Biaya peralatan tinggi: Pusat permesinan-lima-sumbu kelas atas memerlukan biaya lebih dari 5 juta yuan, sedangkan peralatan HIP dapat berharga hingga 20 juta yuan.
Panjang rantai proses: Anda perlu melakukan beberapa langkah secara berurutan, seperti memanaskan, memotong kawat, melepas penyangga, memoles, dan memoles lagi.
Otomatisasi tingkat rendah: Pekerjaan manual masih diperlukan untuk-pemrosesan komponen kompleks, sehingga kurang efisien.
Menjawab:
Integrasi lini produksi yang cerdas: Gunakan kereta AGV untuk menghubungkan printer 3D, tungku perlakuan panas, dan pusat permesinan sehingga seluruh proses berjalan secara otomatis. Misalnya, peralatan BLT-S800 dari Platinum Technology menawarkan deteksi online dan kemampuan pemrosesan adaptif bawaan.
Manufaktur aditif: Untuk mengurangi jumlah tahapan yang dilakukan setelah pencetakan, sinkronkan pemesinan parsial selama proses pencetakan. Mesin INTEGREX i-400AM Mazak dapat beralih antara pelapisan laser dan penggilingan.
Perencanaan proses digital: Menggunakan perangkat lunak Siemens NX atau Magics untuk menemukan jalur pemesinan terbaik dan mengurangi waktu idle.