Vaikuttaako lämpökäsittely metallin 3D-tulostuksen mittatarkkuuteen?

Miksi lämpökäsittely aiheuttaa mittamuutoksia metallisissa 3D-tulostetuissa osissa?

Ensisijainen tekijä on SLM-prosessin nopean sulamisen ja jähmettymisen aikana kertyneen jäännösjännityksen vapautuminen. Kun jännitys rentoutuu lämmityksen aikana, osat voivat vääntyä, kutistua tai vääntyä.

Muita tekijöitä ovat:

Lämpölaajeneminen ja supistuminen lämmitys-/jäähdytysjaksojen aikana.

Tilavuusmuutoksia aiheuttavat vaihemuutokset (esim. titaaniseoksissa).

Tukirakenteen vaikutus - tuet voivat rajoittaa vääristymistä joillakin alueilla, mutta sallia sen toisilla.

Ti-6Al-4V-selkäydinhäkki, joka käy läpi jännitystä 800 asteessa, koki 0,15–0,25 mm vääntymisen 80 mm:n pituudeltaan. Tämä riitti työntämään kriittiset liitospinnat pois toleranssista.

Metalli 3D-tulostusMittojen muutos lämpökäsittelyn aikana on suora seuraus lisäaineiden valmistuksen ainutlaatuisesta lämpöhistoriasta.

Kuinka paljon mittamuutoksia sinun pitäisi oikeastaan ​​odottaa?

Normaalin jännityksenpoiston tyypilliset vääristymäalueet ovat 0,1–0,5 % lineaarinen muutos, vaikka tämä vaihtelee merkittävästi geometrian ja prosessin mukaan. Monimutkaiset geometriat, ohuet seinät ja pitkät ulkonemat lisäävät vääristymiä. HIP:llä on taipumus tuottaa yhtenäisempiä (mutta joskus suurempia) muutoksia paineen vuoksi, kun taas yksinkertainen stressinpoisto aiheuttaa paikallisempaa vääntymistä.

Tietotaulukko: Tyypilliset mittamuutosalueet

SLM-mittojen toleranssin jälkikäsittely{0}}vaatii ennakkosuunnittelun.

Materiaali-ja-Materiaalin mittakäyttäytyminen lämpökäsittelyssä

Ti-6Al-4V: Erittäin herkkä lähellä 882 astetta tapahtuvan / faasimuutoksen vuoksi (beeta transus). Vääristymä on yleistä, jos sitä ei valvota huolellisesti.

316L ruostumaton teräs: Vakaampi, mutta vaatii välttämään herkistymisaluetta (450–850 astetta).

CoCr-seokset: Tilavuuden muutokset karbidisaostuksesta.

Inconel 718: Hyvä mittapysyvyys, mutta hyötyy kiinnityksestä vanhenemisen aikana.

AlSi10Mg: Erittäin vääristymä{1}}altis; rajoitettu alhaisempiin lämpötiloihin.

17-4PH: Ennustettava supistuminen ikääntymisen aikana.

Tietotaulukko: materiaali{0}}erityinen käyttäytyminen

Osasuunnittelun rooli ulottuvuuden muutoksen hallinnassa

Älykäs suunnittelu vähentää merkittävästi riskiä:

Säilytä tasainen seinämän paksuus.

Käytä symmetriaa ja tasapainoista massajakaumaa.

Optimoi tukirakenteet rajoittaaksesi kriittisiä alueita.

Suuntaa osat rakennuslevyyn ylityksen vääristymien minimoimiseksi.

Lisää koneistusmassaa tiukoilla{0}}toleranssiominaisuuksilla.

Tietotaulukko: Suunnitteluominaisuus vs vääristymisriski

Metallinen 3D-tulostussuunnittelu lämpökäsittelyä varten (DfAM) on välttämätöntä.

Vääristymistä minimoivat kiinnitys- ja prosessiohjaimet

Mukautetut kalusteet rajoittavat liikettä luomatta uusia rasituksia.

Hallitut ramppinopeudet ja hidas jäähdytys ovat kriittisiä.

Tyhjiö- tai inerttikaasuilmakehät vähentävät hapettumiseen{0}} liittyviä ongelmia.

HIP tuottaa usein isotrooppisemman kutistumisen verrattuna vapaaseen{0}}hehkutukseen.

Inconel 718:n ilmailu- ja avaruustelineitä käsittelevä valmistaja käytti räätälöityjä grafiittivalaisimia vanhenemisen aikana, mikä pienensi mittasirontaa ±0,3 mm:stä ±0,08 mm:iin 150 mm:n ominaisuuksissa.

Mittasuhteen muutoksen ennustaminen

FEA-pohjainen vääristymäsimulaatio on hyödyllinen, mutta vaatii vahvistuksen todellisilla AM-tiedoilla. Empiirinen esi-kompensointi (STL:n skaalaus tai esi-vääristymä) ja ensimmäinen-artikkelitarkastus ovat vakiona. Johtavat toimittajat ylläpitävät materiaali- ja käsittelevät-erityisiä tietokantoja.

Jälki-lämpö-käsittely

Koneistus lämpökäsittelyn jälkeen on luotettavin tapa saavuttaa tiukat toleranssit. Jätä 0,2–1,0 mm massaa ominaisuudesta ja materiaalista riippuen. CNC-viimeistelyä, EDM:ää ja hiontaa käytetään yleisesti.

Tietotaulukko: Suositeltu koneistusvarasto

Mittojen tarkistus lämpökäsittelyn jälkeen

Käytä CMM:ää kriittisiin mittoihin, 3D-skannausta täydelliseen poikkeamien kartoitukseen ja keskity GD&T-ominaisuuksiin, kuten tasaisuuteen, yhdensuuntaisuuteen ja todelliseen sijaintiin, joihin vääristymät vaikuttavat eniten. Rakenna tietokanta toistuville osille.

Usein kysytyt kysymykset

Kutistaako lämpökäsittely metallisia 3D-tulostettuja osia?

Se voi aiheuttaa kutistumista, laajenemista tai vääntymistä seoksesta, prosessista ja geometriasta riippuen. Yleisimmin lievä kutistuminen tai paikallinen vääristymä.

Kuinka paljon mittamuutoksia minun pitäisi odottaa SLM Ti-6Al-4V:n jännityksenpoiston jälkeen?

Tyypillisesti 0,1–0,4 % lineaarinen, vääntymä jopa 0,2–0,5 mm suuremmissa osissa. Tarkat arvot riippuvat geometriasta ja parametreista.

Voitko koneistaa metallisia 3D-tulostettuja osia lämpökäsittelyn jälkeen?

Kyllä - tämä on vakiokäytäntö lopullisten tiukkojen toleranssien saavuttamiseksi.

Mikä on paras tapa hallita vääristymiä SLM-osien lämpökäsittelyn aikana?

Yhdistä hyvä DfAM (yhtenäiset osat, tuet), oikea kiinnitys, kontrolloidut ramppinopeudet ja jälki{0}}koneistus.

Aiheuttaako HIP enemmän mittamuutoksia kuin jännitystä vähentävä hehkutus?

HIP aiheuttaa usein tasaisempaa kutistumista paineen vuoksi, mutta se voi olla ennakoitavampi kuin vapaa hehkutuskäyrä.

Kuinka varmistan mittatarkkuuden metallisen 3D-tulostetun osan lämpökäsittelyn jälkeen?

Käytä CMM:ää, 3D-skannausta ja vertaile hoidon- ja jälkeisten-mittausten kanssa asianmukaista GD&T:tä.