Adakah rawatan haba cetakan 3D logam akan menyebabkan ubah bentuk?

一, Intipati Teknikal Rawatan Haba: Peraturan Organisasi dan Pengoptimuman Prestasi
Pemanasan, penebat dan penyejukan bahan logam semasa rawatan haba mengubah suai struktur mikronya, yang meningkatkan ciri mekanikalnya. Dalam percetakan 3D logam, matlamat utama rawatan haba ialah:
Menghilangkan tekanan baki: Apabila bahan dicetak, ia melalui kitaran cepat pemanasan dan penyejukan, yang menyebabkan kekisi dalaman bengkok dan menghasilkan tekanan sisa. Untuk melegakan ketegangan, bahagian tersebut dipanaskan di bawah suhu penghabluran semula bahan (contohnya, mengekalkan aloi titanium pada 800 darjah selama 2 jam). Ini melonggarkan kekisi dan mengurangkan bahaya ubah bentuk semasa pemprosesan atau penggunaan kemudian.
Memperbaiki struktur bijirin: Rawatan larutan pepejal (seperti aloi aluminium 7075 pada 470 darjah ) boleh memecahkan fasa pengukuhan, manakala rawatan penuaan (seperti 120 darjah selama 24 jam) boleh menyebabkan fasa pemendakan skala nano terbentuk, mengakibatkan gabungan peningkatan kekuatan dan keliatan. Proses ini menjadikan butiran lebih kecil dan kurang berkemungkinan menukar isipadu apabila fasa berubah, yang menjadikan kecenderungan ubah bentuk lebih rendah.
Memperbaiki masalah dalaman: Teknologi penekan isostatik panas (HIP) secara sinergi meningkatkan ketumpatan bahan kepada lebih 99.9% dengan gabungan tekanan tinggi 100-150MPa dan suhu tinggi 1000-1200 darjah, menutup retakan mikro dan liang serta menghapuskan kepekatan tekanan tempatan yang disebabkan oleh pengecutan yang tidak sekata.
2, Mekanisme ubah bentuk yang disebabkan oleh rawatan haba adalah kesan gabungan tekanan haba dan perubahan dalam struktur mikro.
Matlamat rawatan haba adalah untuk menyingkirkan risiko ubah bentuk, namun jika ia dilakukan dengan salah, ubah bentuk baru mungkin masih berlaku. Cara utama ini berlaku ialah:
Pembentukan tegasan terma: Apabila bahagian dipanaskan dan disejukkan, perbezaan suhu antara bahagian luar dan dalam bahagian menyebabkan bahagian tersebut mengembang dan menguncup secara berbeza, yang menghasilkan tegasan terma. Contohnya, apabila bahagian berdinding nipis-disejukkan dengan cepat, bahagian luar mengecut lebih cepat daripada bahagian dalam. Ini mungkin menyebabkan item itu herot atau berpusing.
Perubahan dalam volum transformasi organisasi: Perubahan dalam ketumpatan bahan semasa proses peralihan fasa menyebabkan volum mengecut atau berkembang. Sebagai contoh, apabila transformasi martensit berlaku, isipadu lebih besar, dan jika pelepasan tegasan tidak lancar, ia boleh menghasilkan keretakan.
Bagaimana struktur sokongan memberi kesan: Kawasan di mana sokongan pencetakan dan substrat bercantum berkemungkinan menjadi titik kepekatan tegasan semasa rawatan haba. Jika reka bentuk sokongan tidak betul, ia boleh bengkok apabila sokongan ditanggalkan selepas rawatan haba kerana pelepasan tegasan di satu kawasan.
3, Strategi untuk mengawal ubah bentuk: Memperbaiki proses dan menghasilkan teknologi baharu
Untuk mengimbangi kesan rawatan haba dan risiko ubah bentuk, industri telah merangka pelan pengurusan sistematik yang melihat kepada tiga bidang: bahan, proses dan peralatan:
1. Memilih bahan dan menyediakannya
Aloi berasaskan nikel-seperti Inconel 718 mempunyai pekali pengembangan haba yang lebih rendah (12.5 × 10 ⁻⁶/ darjah ) berbanding aloi titanium (8.6 × 10 ⁻⁶/ darjah ). Ini bermakna bahawa mereka boleh membantu mencegah pembentukan tekanan haba.
Reka bentuk sebelum ubah bentuk: Gunakan perisian simulasi seperti VoxelDance Engineering untuk meramalkan cara rawatan haba akan mengubah bentuk bahan. Kemudian, gunakan pra{1}}ubah bentuk terbalik pada model asal untuk menjadikan model pampasan saiz yang betul selepas rawatan haba. Contohnya, berikutan pra-pelarasan herotan, ketepatan pencetakan bahagian berdinding-nipis dengan permukaan melengkung tertentu bertambah baik sebanyak 66.2% dan 98.6% daripada kawasan ubah bentuk yang ketara telah dialih keluar.
2. Meningkatkan parameter proses
Pemanasan dan penyejukan di bahagian: Menggunakan strategi pemanasan berperingkat (seperti menahan pada 50 darjah selama 30 minit) dan penyejukan tertunda (seperti penyejukan udara selepas penyejukan relau kepada 200 darjah) untuk mengurangkan tegasan terma yang dihasilkan oleh perubahan suhu. Sebagai contoh, berikutan rawatan HIP, bilah turbin enjin pesawat GE bertahan tiga kali lebih lama dan tidak berubah bentuk lebih daripada 0.05% sepanjang masa.
Teknologi untuk penghabluran arah: Proses penghabluran arah MIT melaraskan kadar pemanasan (contohnya, 2.5 cm/j) dan suhu (1235 darjah ) untuk menumbuhkan bijirin dalam arah tertentu ke dalam pembentukan kolumnar. Ini menjadikan bahan lebih tahan rayapan dan kurang berkemungkinan herot pada suhu tinggi.
3. Alat dan lekapan baharu
Sistem lekapan mudah suai: Makmal Fraunhofer ILPT di Jerman mencipta lekapan fleksibel yang menggunakan pegas gas nitrogen untuk memberikan daya pengapit yang dinamik, mengimbangi perbezaan pengembangan haba semasa pencetakan dan memastikan struktur berdinding 3m × 2m-tidak berubah bentuk lebih daripada ± 0.3mm.
Teknologi rawatan haba tempatan: Pemanasan aruhan atau rawatan haba tempatan laser digunakan pada kepingan besar untuk menghalangnya daripada berubah bentuk apabila dipanaskan secara menyeluruh. Sebagai contoh, pendakap penerbangan tertentu telah mencapai kekuatan tegangan 520MPa dan kestabilan dimensi lebih besar daripada ± 0.1mm berkat rawatan penyelesaian tempatan.
4, Kes Frontier: Penggunaan Baru untuk Ubah Bentuk Rawatan Haba
Boeing menggunakan penyelesaian pepejal dan teknik rawatan penuaan dalam industri aeroangkasa untuk menjadikan pendakap pesawat bercetak 3D lebih kukuh, dengan kekuatan tegangan 520MPa. Pada masa yang sama, reka bentuk pra-ubah bentuk mengekalkan ubah bentuk dalam ± 0.05mm untuk memenuhi piawaian aerodinamik yang ketat.
Implan perubatan: Sebuah syarikat tertentu telah menghasilkan cara baharu untuk membuat cawan acetabular aloi titanium dengan menggabungkan "penyepuhlindapan melegakan tekanan" dengan "goresan asid." Proses ini menghilangkan tekanan dalaman melalui penyepuhlindapan dan kemudian mencipta struktur mikroporous dengan saiz 5 hingga 10 μm melalui etsa asid. Ini membantu sel tulang berkembang tanpa mengubah saiz cawan.
Peralatan tenaga: Siemens Energy membuat bilah turbin gas menggunakan teknologi penghabluran arah HIP+. Ini menjadikan bahan 99.95% padat dan menjadikannya 40% lebih tahan rayapan. Ia boleh berjalan selama 100,000 jam tanpa mengubah bentuk pada suhu 1200 darjah .