3डी मुद्रित भागों की ताप उपचार और एनीलिंग प्रक्रिया: आंतरिक तनाव को खत्म करना और यांत्रिक गुणों में सुधार करना

परिचय: 3डी प्रिंटिंग प्रक्रिया श्रृंखला में ताप उपचार की मुख्य भूमिका

3डी मुद्रित भागों की मोल्डिंग प्रक्रिया के दौरान, तेजी से हीटिंग और शीतलन चक्र के कारण महत्वपूर्ण थर्मल तनाव और अवशिष्ट तनाव अक्सर अंदर जमा हो जाते हैं। ये तनाव न केवल भाग की आयामी स्थिरता को प्रभावित करते हैं, बल्कि विकृति, दरार और ताकत की हानि जैसी समस्याएं भी पैदा कर सकते हैं। हीट ट्रीटमेंट 3डी प्रिंटिंग पोस्ट-प्रोसेसिंग प्रक्रिया श्रृंखला में एक महत्वपूर्ण कड़ी है। ताप तापमान, धारण समय और शीतलन दर को सटीक रूप से नियंत्रित करके, आंतरिक तनाव को प्रभावी ढंग से समाप्त किया जा सकता है और सूक्ष्म संरचना को अनुकूलित किया जा सकता है, जिससे भाग के व्यापक यांत्रिक गुणों में काफी सुधार हो सकता है।

विभिन्न 3डी प्रिंटिंग प्रक्रियाएं अलग-अलग डिग्री तक ताप उपचार पर निर्भर करती हैं। धातु 3डी प्रिंटिंग (एसएलएम, ईबीएम, डीईडी) की मोल्डिंग प्रक्रिया के दौरान अत्यधिक उच्च तापमान प्रवणता और शीतलन दर के कारण, लगभग सभी मुद्रित भागों को इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए उचित गर्मी उपचार की आवश्यकता होती है; पॉलिमर मुद्रित भागों (एफडीएम, एसएलएस, एसएलए) को भौतिक गुणों और अनुप्रयोग परिदृश्यों के अनुसार चयनात्मक रूप से एनील्ड या ठीक किया जाता है। यह आलेख बुनियादी सिद्धांतों से लेकर व्यावहारिक संचालन तक विभिन्न प्रकार की 3डी प्रिंटिंग सामग्रियों की ताप उपचार प्रक्रिया को व्यवस्थित रूप से पेश करेगा, जिससे उद्यमों को संपूर्ण पोस्ट-प्रोसेसिंग सिस्टम स्थापित करने के लिए एक संदर्भ प्रदान किया जाएगा।

धातु 3डी मुद्रित भागों की तनाव राहत एनीलिंग

धातु 3डी मुद्रित भागों की तनाव राहत एनीलिंग सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली गर्मी उपचार प्रक्रिया है। एक उदाहरण के रूप में एल्यूमीनियम मिश्र धातु (AlSi10Mg) को लेते हुए, मुद्रित भागों का अवशिष्ट तनाव सामग्री की उपज शक्ति का 50% -80% तक पहुंच सकता है। यदि तनाव से राहत नहीं दी जाती है, तो बाद की मशीनिंग के दौरान गंभीर विकृति हो सकती है। तनाव राहत एनीलिंग आमतौर पर 2-4 घंटों के लिए 300°C-350°C पर रखी जाती है, इसके बाद भट्टी में कमरे के तापमान तक धीमी गति से ठंडा किया जाता है। टाइटेनियम मिश्र धातु (Ti-6Al-4V) के लिए, तनाव राहत तापमान आमतौर पर 650°C-750°C होता है, और होल्डिंग समय भाग की दीवार की मोटाई के अनुसार निर्धारित किया जाता है।

तनाव राहत एनीलिंग के प्रमुख मापदंडों में तापन दर, धारण तापमान और शीतलन दर शामिल हैं। यदि तापन दर बहुत तेज़ है, तो भाग का आंतरिक तापमान प्रवणता बढ़ जाएगी, जिससे नया थर्मल तनाव आएगा; यदि होल्डिंग समय अपर्याप्त है, तो अवशिष्ट तनाव पूरी तरह से जारी नहीं किया जा सकता है। शीतलन चरण विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। तीव्र शीतलन के कारण होने वाले नए तनाव से बचने के लिए फर्नेस शीतलन या नियंत्रित शीतलन दर का उपयोग किया जाना चाहिए। बड़े धातु प्रिंटों के लिए, तापमान प्रवणता के प्रभाव को और कम करने के लिए खंडित हीटिंग और शीतलन प्रक्रिया का उपयोग करने की अनुशंसा की जाती है।

गर्मी उपचार वातावरण का चुनाव भी भागों की गुणवत्ता को प्रभावित करता है। टाइटेनियम मिश्र धातु जैसी सक्रिय धातुओं के लिए, उच्च तापमान ऑक्सीकरण को रोकने के लिए वैक्यूम या आर्गन सुरक्षात्मक वातावरण में गर्मी उपचार किया जाना चाहिए। एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं को वायु वातावरण में संसाधित किया जा सकता है, लेकिन अधिक उम्र बढ़ने के कारण ताकत में कमी से बचने के लिए होल्डिंग समय को नियंत्रित करने पर ध्यान देने की आवश्यकता है। स्टेनलेस स्टील (316एल, 17-4पीएच) के लिए गर्मी उपचार प्रक्रिया अपेक्षाकृत क्षमाशील है, लेकिन लक्ष्य शक्ति ग्रेड को प्राप्त करने के लिए स्टेनलेस स्टील को सख्त करने वाले वर्षा तापमान और उम्र बढ़ने के समय के सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है।

ठोस समाधान उम्र बढ़ने के उपचार और टाइटेनियम मिश्र धातु के प्रदर्शन अनुकूलन

टाइटेनियम मिश्र धातु एयरोस्पेस और चिकित्सा उपकरणों के क्षेत्र में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली धातु 3 डी प्रिंटिंग सामग्री है। इसकी ताप उपचार प्रक्रिया सीधे भागों को निर्धारित करती हैअंतिम प्रदर्शन. Ti-6Al-4V की मुद्रित संरचना आमतौर पर एसिकुलर मार्टेंसाइट है, जिसमें उच्च शक्ति और कठोरता है, लेकिन खराब प्लास्टिसिटी है। ठोस समाधान उपचार (950°C-1020°C, 1-2 घंटे तक गर्मी संरक्षण, तेजी से ठंडा करना) और उम्र बढ़ने के उपचार (480°C-595°C, 4-8 घंटे तक गर्मी संरक्षण) के माध्यम से, एक दोहरे चरण की संरचना प्राप्त की जा सकती है, जो उच्च शक्ति बनाए रखते हुए प्लास्टिसिटी और कठोरता में काफी सुधार कर सकती है।

3डी प्रिंटिंग टाइटेनियम मिश्र धातुओं के लिए, गर्मी उपचार के लिए मुद्रित संरचना की विशेषताओं पर भी विचार करने की आवश्यकता होती है। मुद्रित अनाज एक विशेष रूप से विकसित स्तंभकार क्रिस्टल आकृति विज्ञान को दर्शाता है, और अनाज के आकार और बनावट का प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। β एनीलिंग उपचार (β परिवर्तन तापमान से अधिक) के माध्यम से, स्तंभ क्रिस्टल आकृति विज्ञान को समाप्त किया जा सकता है, समअक्षीय क्रिस्टल संरचना प्राप्त की जा सकती है, और थकान प्रदर्शन में सुधार किया जा सकता है। हालाँकि, बीटा एनीलिंग से ताकत कम हो जाएगी और इसे अनुप्रयोग आवश्यकताओं के अनुसार संतुलित करने की आवश्यकता होगी। चिकित्सा उपकरणों के क्षेत्र में टाइटेनियम मिश्र धातु प्रत्यारोपण को आमतौर पर इष्टतम जैव-अनुकूलता और थकान जीवन प्राप्त करने के लिए पूर्ण एनीलिंग की आवश्यकता होती है।

टाइटेनियम मिश्र धातु मुद्रित भागों की आयामी सटीकता पर गर्मी उपचार के प्रभाव पर विशेष ध्यान देने की आवश्यकता है। समाधान उपचार के तेजी से ठंडा होने से भाग में विकृति आ सकती है, इसलिए महत्वपूर्ण आयामी क्षेत्रों को गर्मी उपचार के बाद फिर से मशीनीकृत करने की आवश्यकता होती है। डिज़ाइन में 0.5-1 मिमी का मशीनिंग भत्ता आरक्षित करने और गर्मी उपचार के बाद परिष्करण करने की सिफारिश की जाती है। साथ ही, समर्थन संरचना को अनुकूलित करने और मुद्रण के दौरान प्लेसमेंट दिशा को समायोजित करके गर्मी उपचार प्रक्रिया के दौरान विरूपण को आंशिक रूप से कम किया जा सकता है।

एल्यूमीनियम मिश्र धातु और स्टेनलेस स्टील की ताप उपचार प्रक्रिया

एल्यूमीनियम मिश्र धातु 3डी मुद्रित भागों के ताप उपचार में मुख्य रूप से तनाव राहत एनीलिंग, समाधान उपचार और कृत्रिम उम्र बढ़ने शामिल हैं। AlSi10Mg एक सामान्य कास्ट एल्यूमीनियम मिश्र धातु है। मुद्रित संरचना एक बढ़िया यूटेक्टिक सिलिकॉन नेटवर्क है। ठोस समाधान उपचार (520°C-530°C) और कृत्रिम उम्र बढ़ने (155°C-175°C, 6-12 घंटों के लिए गर्मी संरक्षण) के बाद, सिलिकॉन चरण गोलाकार हो जाता है और यांत्रिक गुणों में काफी सुधार होता है। T6 अवस्था (ठोस घोल + उम्र बढ़ने) में AlSi10Mg की तन्यता ताकत 330MPa से अधिक तक पहुंच सकती है, और बढ़ाव 8% से अधिक तक बढ़ जाता है।

एल्यूमीनियम मिश्र धातु ताप उपचार के लिए अधिक उम्र बढ़ने के जोखिम पर ध्यान देने की आवश्यकता है। उम्र बढ़ने का तापमान जो बहुत अधिक है या समय जो बहुत लंबा है, ताकत में कमी लाएगा, इसलिए प्रक्रिया विंडो को सख्ती से नियंत्रित करने की आवश्यकता है। इसके अलावा, समाधान प्रभाव सुनिश्चित करने के लिए समाधान उपचार के बाद एल्यूमीनियम मिश्र धातु भागों का शमन स्थानांतरण समय यथासंभव कम होना चाहिए (आमतौर पर 15 सेकंड से अधिक नहीं)। पतली दीवार वाले एल्यूमीनियम मिश्र धातु भागों के लिए, शमन से विकृति हो सकती है, और शीतलन दर को कम करने के लिए पानी शमन के बजाय पॉलिमर शमन मीडिया पर विचार किया जा सकता है।

स्टेनलेस स्टील के 3डी मुद्रित भागों में, 316एल ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील को आमतौर पर अधिकांश अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए केवल तनाव राहत उपचार (400°C-500°C, 1-2 घंटे तक गर्मी संरक्षण) की आवश्यकता होती है। 17-4PH वर्षा सख्त करने वाले स्टेनलेस स्टील को समाधान उपचार (लगभग 1040°C) और उम्र बढ़ने के उपचार (480°C-620°C, आवश्यक शक्ति स्तर के अनुसार चयनित) की आवश्यकता होती है। मार्टेंसिटिक स्टेनलेस स्टील (जैसे 420, 440C) को मशीनीकरण में सुधार के लिए मुद्रण के बाद एनील्ड करने की आवश्यकता होती है, और अंत में शमन और तड़के के माध्यम से लक्ष्य कठोरता प्राप्त की जाती है। स्टेनलेस स्टील ताप उपचार में वायुमंडल की कम आवश्यकताएं होती हैं, लेकिनसतह ऑक्साइड परत के बाद के सतह उपचार को प्रभावित करने से बचने के लिए इसे अभी भी सुरक्षात्मक वातावरण में करने की अनुशंसा की जाती है।

पॉलिमर 3डी मुद्रित भागों का एनीलिंग और इलाज उपचार

पॉलिमर 3डी मुद्रित भागों के ताप उपचार को नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है। एफडीएम द्वारा मुद्रित पीएलए और एबीएस जैसे भागों में कमजोर अंतर-परत बंधन के कारण स्पष्ट अनिसोट्रॉपी होती है। एनीलिंग उपचार प्रभावी ढंग से अवशिष्ट तनाव को कम कर सकता है और इंटरलेयर बॉन्डिंग ताकत में सुधार कर सकता है। PLA भागों का एनीलिंग तापमान आमतौर पर 60°C-90°C (ग्लास संक्रमण तापमान के करीब) होता है, और धारण समय 30-60 मिनट होता है; एबीएस भागों का एनीलिंग तापमान 80°C-110°C है। एनीलिंग के बाद भाग का आकार थोड़ा सिकुड़ या विस्तारित हो सकता है, और डिजाइन में क्षतिपूर्ति प्रदान करने की आवश्यकता है।

नायलॉन (पीए12) एसएलएस प्रिंट का एनीलिंग उपचार विशेष है। एसएलएस मुद्रण प्रक्रिया के दौरान, बिना सिंटे हुए पाउडर भागों में एक सहायक भूमिका निभाता है, और शीतलन प्रक्रिया के दौरान भागों में धीमी क्रिस्टलीकरण सिकुड़न हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप आयामी परिवर्तन हो सकते हैं। 120°C-150°C पर एनीलिंग करके, क्रिस्टलीयता को स्थिर किया जा सकता है और आयामी स्थिरता में सुधार किया जा सकता है। हालांकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि एनीलिंग से नायलॉन भागों की कठोरता और कठोरता में थोड़ी वृद्धि होगी, जबकि कठोरता कम हो जाएगी, जिसे डिजाइन के दौरान व्यापक रूप से विचार करने की आवश्यकता है।

लाइट-क्योर्ड (एसएलए, डीएलपी) रेज़िन प्रिंट का पोस्ट-क्यूरिंग अंतिम प्रदर्शन प्राप्त करने में एक महत्वपूर्ण कदम है। मुद्रण पूरा होने के बाद, राल भागों के अंदर अभी भी अपूर्ण रूप से ठीक किए गए मोनोमर्स हैं, जिन्हें यूवी इलाज बॉक्स में बाद में ठीक करने की आवश्यकता होती है। राल के प्रकार और भाग की मोटाई के आधार पर इलाज के बाद का समय आम तौर पर 30-90 मिनट होता है। इलाज के बाद किसी हिस्से की ताकत, कठोरता और गर्मी प्रतिरोध में काफी वृद्धि हो सकती है, लेकिन यह सिकुड़न और विरूपण का कारण भी बन सकता है। उच्च परिशुद्धता आवश्यकताओं वाले हल्के-ठीक भागों के लिए, विरूपण को कम करने के लिए समर्थन हटाने से पहले पोस्ट-ठीक करने की सिफारिश की जाती है। कुछ इंजीनियरिंग रेजिन को ग्लास संक्रमण तापमान को और बढ़ाने के लिए थर्मल पोस्ट-क्योरिंग (60°C-80°C) की भी आवश्यकता होती है।

गर्मी उपचार प्रक्रिया मापदंडों का निर्धारण और गुणवत्ता सत्यापन

गर्मी उपचार प्रक्रिया मापदंडों के निर्धारण के लिए सामग्री ग्रेड, मुद्रण प्रक्रिया, भाग आकार और प्रदर्शन आवश्यकताओं पर व्यापक विचार की आवश्यकता होती है। यह अनुशंसा की जाती है कि गर्मी उपचार प्रक्रिया स्थापित करते समय, कंपनियां सामग्री आपूर्तिकर्ताओं द्वारा प्रदान की गई अनुशंसित प्रक्रिया विंडो का संदर्भ लें और प्रयोगात्मक सत्यापन के माध्यम से सर्वोत्तम पैरामीटर निर्धारित करें। प्रायोगिक डिज़ाइन यांत्रिक गुणों पर तापमान, समय और शीतलन दर के तीन मुख्य कारकों के प्रभाव की जांच करने के लिए ऑर्थोगोनल प्रयोगात्मक विधि का उपयोग कर सकता है। ताप उपचारित भागों के प्रत्येक बैच के प्रदर्शन सत्यापन में तन्यता परीक्षण, कठोरता परीक्षण और माइक्रोस्ट्रक्चरल विश्लेषण शामिल होना चाहिए।

गर्मी उपचार प्रक्रिया के बंद-लूप नियंत्रण में गुणवत्ता सत्यापन एक महत्वपूर्ण कड़ी है। भागों के प्रत्येक बैच के ताप उपचार के बाद निम्नलिखित निरीक्षण किए जाने चाहिए: पहला, यह पुष्टि करने के लिए आयामी निरीक्षण कि भागों का विरूपण स्वीकार्य सीमा के भीतर है; दूसरा, ताप उपचार प्रभाव की स्थिरता को सत्यापित करने के लिए कठोरता परीक्षण; तीसरा, यह पुष्टि करने के लिए माइक्रोस्ट्रक्चरल निरीक्षण कि ओवरहीटिंग और ओवरबर्निंग जैसी कोई असामान्य संरचनाएं तो नहीं हैं; चौथा, प्रमुख भागों पर यांत्रिक संपत्ति परीक्षण, तन्यता परीक्षण और प्रभाव परीक्षण आयोजित किए जाने चाहिए। निरंतर प्रक्रिया अनुकूलन के लिए डेटा समर्थन प्रदान करने के लिए बैच ट्रैसेबिलिटी रिकॉर्ड बनाने के लिए निरीक्षण डेटा के लिए एक खाता बही स्थापित की जानी चाहिए।

ताप उपचार उपकरणों का अंशांकन और रखरखाव भी उतना ही महत्वपूर्ण है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि भट्ठी में तापमान विचलन ±10°C के भीतर है, भट्ठी के तापमान की एकरूपता की नियमित रूप से जांच की जानी चाहिए (एक तिमाही की सिफारिश की जाती है)। थर्मोकपल को नियमित रूप से कैलिब्रेट करने की आवश्यकता होती है, और तापमान रिकॉर्डर को अधिक तापमान अलार्म फ़ंक्शन से सुसज्जित किया जाना चाहिए। वैक्यूम ताप उपचार भट्टियों के लिए, वैक्यूम बनाए रखने की क्षमता और वातावरण की शुद्धता की नियमित जांच करना भी आवश्यक है। एक सुदृढ़ ताप उपचार उपकरण प्रबंधन प्रणाली स्थापित करना ताप उपचार गुणवत्ता की स्थिरता सुनिश्चित करने का आधार है।

निष्कर्ष: 3डी मुद्रित भागों के प्रदर्शन को जारी करने के लिए हीट ट्रीटमेंट महत्वपूर्ण है

3डी प्रिंटिंग प्रक्रिया श्रृंखला में हीट ट्रीटमेंट तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। धातु मुद्रित भागों के लिए, गर्मी उपचार लगभग एक अनिवार्य प्रक्रिया है, जो सीधे भाग की ताकत, प्लास्टिसिटी और थकान जीवन को निर्धारित करता है; पॉलिमर मुद्रित भागों के लिए, एनीलिंग और पोस्ट-क्योरिंग उपचार आयामी स्थिरता और यांत्रिक गुणों में काफी सुधार कर सकते हैं। उद्यमों को सामग्री विशेषताओं और अनुप्रयोग आवश्यकताओं के आधार पर एक मानकीकृत ताप उपचार प्रक्रिया प्रणाली स्थापित करनी चाहिए, और एक पूर्ण गुणवत्ता सत्यापन प्रक्रिया प्रदान करनी चाहिए।

भविष्य में, एयरोस्पेस, चिकित्सा उपकरण और ऑटोमोबाइल जैसे उच्च-स्तरीय विनिर्माण क्षेत्रों में 3डी प्रिंटिंग के गहन अनुप्रयोग के साथ, गर्मी उपचार प्रक्रियाओं का शोधन और बुद्धिमत्ता एक महत्वपूर्ण प्रवृत्ति बन जाएगी। इन-सीटू हीट ट्रीटमेंट, एकीकृत पोस्ट-प्रोसेसिंग उपकरण और सिमुलेशन अनुकूलन पर आधारित हीट ट्रीटमेंट प्रक्रिया डिजाइन जैसी नई प्रौद्योगिकियां तेजी से विकसित हो रही हैं। यह अनुशंसा की जाती है कि उद्यम ताप उपचार प्रौद्योगिकी में सबसे आगे ध्यान देना जारी रखें, 3डी प्रिंटिंग सेवा क्षमता योजना में ताप उपचार क्षमता निर्माण को शामिल करें, और ग्राहकों को मुद्रण से लेकर प्रदर्शन रिलीज तक पूरी प्रक्रिया श्रृंखला सेवाएं प्रदान करें।