Apa itu pasca-pemrosesan untuk pencetakan 3D logam? Mengapa pasca{2}}pemrosesan diperlukan?

一, Apa itu pasca-pemrosesan untuk pencetakan 3D logam dan apa tujuan utamanya
Pasca-pemrosesan pencetakan 3D logam adalah serangkaian langkah yang dilakukan pada komponen cetakan setelah pembuatan aditif logam selesai. Langkah-langkah ini termasuk memperbaiki, mengoptimalkan, dan memproses komponen untuk menghilangkan cacat produksi, meningkatkan indikator kinerja, dan memenuhi kebutuhan aplikasi tertentu. Tujuan utamanya dapat diringkas sebagai:

Peningkatan kualitas: menghilangkan masalah seperti cacat ikatan antar lapisan dan permukaan kasar yang membuat komponen menjadi kurang dapat diandalkan.
Optimalisasi kinerja: Perlakuan panas, modifikasi permukaan, dan perlakuan lainnya dapat meningkatkan kualitas penting material seperti kekuatan, kekerasan, dan ketahanan terhadap korosi.
Koreksi dimensi: Ganti deformasi termal dan penyusutan yang terjadi selama pencetakan untuk memastikan potongan memenuhi persyaratan toleransi desain.
Integrasi fungsional: memberikan kinerja keseluruhan yang lebih rumit dengan memperkuat strukturnya atau menggabungkan bahan yang berbeda.
Misalnya, dalam industri dirgantara, pencetakan 3D logam digunakan untuk membuat rangka umum tangki bahan bakar mesin roket jenis tertentu. Kemudian, perawatan pengepresan isostatik panas (HIP) digunakan untuk menghilangkan pori-pori internal. Setelah itu, penggilingan CNC digunakan untuk membentuk permukaan penyegelan, dan perlakuan anodisasi digunakan agar lebih tahan terhadap korosi. Rangkaian prosedur setelah pemrosesan ini menjadikan komponen 30% lebih kuat, 40% lebih ringan, dan mampu menyegel dalam kondisi yang sangat keras.

2, Sistem teknologi utama untuk-pemrosesan pasca
Ada empat modul teknologi dalam pasca{0}}pemrosesan pencetakan 3D logam: penghilangan material, perlakuan panas, perawatan permukaan, dan penguatan struktur. Setiap modul adalah bagian dari solusi yang lebih besar yang dapat digunakan dalam berbagai situasi.

1. Penghapusan material: ukiran dengan akurasi dari "kasar" hingga "halus"
Barang cetakan 3D logam sering kali tidak dapat langsung digunakan karena masih terdapat sisa struktur penyangga dan permukaan kasar (nilai Ra bisa mencapai 10–20 μm). Teknik penghilangan material menggunakan pemrosesan mekanis, pemotongan laser, atau korosi kimia untuk melakukan hal berikut:

Untuk melepaskan struktur penyangga, gunakan alat pengupas{0}}yang dibantu kriogen atau alat pemotong mekanis untuk memastikan bahwa penyangga terlepas seluruhnya tanpa merusak objek cetakan. Misalnya, bagian cetakan pada hub roda mobil dibekukan pada suhu rendah, yang membuat struktur pendukungnya rapuh dan lebih mudah terkelupas. Ini meningkatkan efisiensi sebesar 50%.
Menyelesaikan permukaan: Penggilingan, penggilingan, atau pemolesan CNC dapat membuat kekasaran permukaan kurang dari Ra0,8 μm. Pusat permesinan linkage lima-sumbu digunakan untuk memoles permukaan saluran aliran setelah mencetak bilah mesin pesawat tertentu. Ini mengurangi hambatan aliran udara sebesar 15%.
Koreksi ukuran: Gunakan peralatan pengukur koordinat untuk mendapatkan data umpan balik dan memperbaiki setiap perubahan ukuran yang terjadi selama pencetakan dengan menggunakan pemrosesan mekanis. Teknologi penggilingan mikro menjaga keakuratan dimensi implan perangkat medis yang dicetak dalam kisaran ± 0,01 mm, yang diperlukan untuk pemasangan bedah.
2. Perlakuan panas:-pengubah permainan dalam mengendalikan kinerja struktur mikro
Perlakuan panas menghilangkan tegangan sisa yang menumpuk selama pencetakan (hingga 50% hingga 70% kekuatan luluh material) dan memperbaiki struktur butiran material dengan mengatur kurva pemanasan dan pendinginan. Beberapa metode umum adalah:

Perawatan anil: Panaskan bagian di bawah suhu yang dapat mengkristal kembali dan jaga agar tetap hangat untuk menghilangkan tekanan internal dan membuatnya lebih fleksibel. Perawatan anil vakum mengurangi tegangan sisa sebesar 80% dan meningkatkan umur kelelahan implan ortopedi paduan titanium sebanyak tiga kali lipat setelah dicetak.
Larutan padat dan perlakuan penuaan: Untuk material seperti paduan suhu tinggi berbasis nikel, perlakuan larutan padat melarutkan fase penguatan, dan kemudian perlakuan penuaan menyebabkan terbentuknya endapan halus, yang sangat meningkatkan kekuatan suhu tinggi. Setelah mencetak cakram turbin untuk mesin penerbangan tertentu, larutan padat dan perlakuan penuaan meningkatkan ketahanan mulurnya pada 650 derajat sebesar 40%.
Pengepresan isostatik panas (HIP) menggunakan suhu tinggi (biasanya 0,7–0,9 kali titik leleh material) dan tekanan tinggi (100–200MPa) untuk menghilangkan pori-pori internal dan membuat material lebih padat. Setelah mencetak bagian tertentu dari struktur satelit, pemrosesan HIP meningkatkan kepadatan dari 99,2% menjadi 99,95% dan batas kelelahan sebesar 25%.
3. Perawatan Permukaan: Dari "Fungsionalisasi" ke "Intelligentisasi" dalam Rekayasa Permukaan
Dengan memodifikasi morfologi permukaan atau komposisi kimia suatu benda, teknologi perawatan permukaan memberikan fitur spesifik termasuk ketahanan terhadap korosi, keausan, dan biokompatibilitas. Beberapa teknologi umum adalah:

Sandblasting dan pemolesan: Sandblasting menggunakan-partikel pasir yang bergerak cepat untuk mengenai permukaan, menjadikannya kasar secara merata (Ra3,2–6,3 μm) dan membantu lapisan menempel lebih baik. Pemolesan kemudian membuat permukaan menjadi lebih halus, di bawah Ra0,4 μm, untuk memenuhi kebutuhan optik atau penyegelan.
Pelapisan listrik dan pelapisan kimia adalah dua cara untuk menambahkan lapisan logam atau paduan pada permukaan barang agar lebih tahan terhadap karat atau lebih baik dalam menghantarkan listrik. Perawatan pelapisan nikel mengurangi laju korosi sebesar 90% dalam larutan NaCl 3,5% setelah mencetak bagian teknik maritim tertentu.
Pelapis laser:-sinar laser berenergi tinggi melelehkan bubuk paduan dan membentuk lapisan setebal 0,1–5 mm pada permukaan benda. Hal ini membuatnya jauh lebih tahan terhadap keausan. Pelapisan laser pada lapisan paduan Stellite 6 meningkatkan ketahanan aus roda gigi peralatan pertambangan tertentu sebanyak lima kali lipat setelah dicetak.
Oksidasi busur mikro: Lapisan oksida keramik diletakkan pada permukaan paduan aluminium dan magnesium agar lebih tahan terhadap aus dan korosi. Perlakuan oksidasi busur mikro meningkatkan waktu ketahanan korosi hingga lebih dari 1000 jam dalam uji semprotan garam setelah mencetak braket untuk paket baterai kendaraan energi baru.
4. Penguatan struktural: mengubah kinerja dari "bahan tunggal" menjadi "struktur komposit"
Dengan menambahkan fase penguatan atau meningkatkan rute perpindahan beban, teknologi penguatan struktural membuat komponen bekerja lebih baik secara mekanis secara keseluruhan. Beberapa cara yang umum adalah:

Penguatan serat: Memasukkan serat karbon atau keramik ke dalam matriks logam untuk membuat struktur material komposit. Setelah dicetak, bagian tertentu dari struktur pesawat dibuat lebih kuat dengan menambahkan serat karbon potong pendek, yang membuatnya 30% lebih kuat dalam hal kekuatan spesifik.
Mendesain bahan dengan gradien: Anda dapat memvariasikan kualitas bahan dengan mengubah campuran bubuk atau parameter pencetakan. Potongan cetakan katup tenaga nuklir memiliki struktur gradien yang terbuat dari baja tahan karat paduan berbasis nikel. Hal ini menjadikannya 40% lebih tahan terhadap kelelahan dalam lingkungan-penggandengan mekanis termal.
Desain struktur kisi: Menggunakan optimasi topologi untuk membuat struktur kisi ringan yang lebih dari 50% lebih ringan namun tetap kuat. Setelah mencetak braket satelit tertentu, dibutuhkan struktur kisi tetrahedral, yang membuatnya dua kali lebih kaku dan 60% lebih ringan.
3, Kebutuhan akan pasca-pemrosesan: lompatan dari "kelayakan teknis" ke "keandalan teknis"
Kebutuhan akan pasca-pemrosesan dalam pencetakan 3D logam muncul dari konflik antara atribut dasar teknologi manufaktur aditif dan tuntutan ketat dari aplikasi teknik. Secara khusus, kebutuhannya terlihat pada aspek-aspek berikut:

1. Singkirkan kekurangan produksi dan pastikan produk berfungsi sebagaimana mestinya.
Tekanan termal akibat pemanasan dan pendinginan yang cepat, pori-pori yang terbentuk saat bubuk tidak menyatu sepenuhnya, dan ikatan antar lapisan yang lemah dapat membuat potongan menjadi kurang tahan lama dan lebih mungkin pecah selama proses pencetakan 3D logam. Misalnya, batas keletihan komponen cetakan paduan suhu tinggi-berbasis nikel tanpa perlakuan HIP mungkin kurang dari 50% dari batas keletihan komponen yang ditempa; namun, setelah anil untuk menghilangkan tegangan sisa, umur kelelahan bagian yang ditempa dapat melebihi 80%.

2. Memenuhi sasaran kinerja dan memperluas jangkauan aplikasi
Persyaratan kinerja komponen sangat bervariasi tergantung pada aplikasinya. Dalam industri dirgantara, suku cadang harus berfungsi dengan baik di lingkungan dengan suhu tinggi, tekanan tinggi, dan getaran tinggi. Di bidang perangkat medis, suku cadang harus bersifat biokompatibel dan tahan terhadap korosi dari cairan tubuh. Industri otomotif lebih mementingkan pembuatan suku cadang yang lebih ringan dan murah. Teknologi pasca-pemrosesan memungkinkan item cetakan 3D-logam memenuhi kebutuhan spesifik ini dengan mengoptimalkannya untuk tujuan tersebut. Misalnya, ruang bakar pada mesin pesawat jenis tertentu masih dapat berstruktur baik pada suhu tinggi 1200 derajat setelah dicetak, berkat perlakuan panas dan perlakuan pelapisan. Setelah mencetak implan ortopedi paduan titanium khusus, kekasaran permukaan dikurangi menjadi Ra0,2 μm melalui perawatan pemolesan pencucian asam, yang sangat meningkatkan daya rekat sel tulang.

3. Menjadikan perekonomian lebih efisien dan mendorong penggunaan yang besar
Pencetakan 3D logam lebih murah untuk membuat struktur yang rumit, namun biaya bahan mentah (seperti bubuk paduan titanium, yang harganya beberapa ratus yuan per kilogram), penyusutan peralatan, dan energi yang digunakan masih cukup tinggi. Teknologi pasca-pemrosesan menurunkan total biaya siklus hidup dengan memanfaatkan bahan secara lebih baik (misalnya, memulihkan lebih dari 80% bubuk), menurunkan tingkat kerusakan (misalnya, menurunkan tingkat kerusakan melalui deteksi online dan-koreksi waktu nyata), dan memperpanjang masa pakai komponen (misalnya, membuat komponen lebih tahan terhadap korosi melalui perawatan permukaan). Misalnya, lini produksi pencetakan hub roda mobil tertentu telah memangkas waktu yang dibutuhkan untuk memproduksi satu bagian dari 8 jam menjadi 2 jam dengan menambahkan sistem-pemrosesan pasca otomatis. Hal ini menghasilkan penghematan biaya total sebesar 35%.