Rawatan haba dan proses penyepuhlindapan bahagian bercetak 3D: menghapuskan tekanan dalaman dan meningkatkan sifat mekanikal

Pengenalan: Peranan utama rawatan haba dalam rantaian proses pencetakan 3D

Semasa proses pengacuan bahagian cetakan 3D, tegasan haba yang ketara dan tegasan sisa sering terkumpul di dalam disebabkan oleh kitaran pemanasan dan penyejukan yang cepat. Tegasan ini bukan sahaja menjejaskan kestabilan dimensi bahagian, tetapi juga boleh membawa kepada masalah seperti meledingkan, retak, dan kehilangan kekuatan. Rawatan haba ialah pautan utama dalam rantaian proses pasca pemprosesan pencetakan 3D. Dengan mengawal suhu pemanasan, masa penahanan dan kadar penyejukan dengan tepat, tekanan dalaman boleh dihapuskan dengan berkesan dan struktur mikro boleh dioptimumkan, dengan itu meningkatkan sifat mekanikal komprehensif bahagian tersebut dengan ketara.

Proses pencetakan 3D yang berbeza bergantung pada rawatan haba pada tahap yang berbeza-beza. Oleh kerana kecerunan suhu dan kadar penyejukan yang sangat tinggi semasa proses pengacuan percetakan 3D logam (SLM, EBM, DED), hampir semua bahagian bercetak memerlukan rawatan haba yang sesuai untuk memenuhi keperluan aplikasi kejuruteraan; bahagian bercetak polimer (FDM, SLS, SLA) disepuh selektif atau diawet mengikut sifat bahan dan senario aplikasi. Artikel ini secara sistematik akan memperkenalkan proses rawatan haba pelbagai jenis bahan percetakan 3D, daripada prinsip asas kepada operasi praktikal, memberikan rujukan kepada perusahaan untuk mewujudkan sistem pasca pemprosesan yang lengkap.

Penyepuhlindapan pelega tekanan bahagian bercetak 3D logam

Penyeliduan pelega tekanan bagi bahagian cetakan 3D logam ialah proses rawatan haba yang paling banyak digunakan. Mengambil aloi aluminium (AlSi10Mg) sebagai contoh, tegasan baki bahagian bercetak boleh mencapai 50%-80% daripada kekuatan hasil bahan. Jika pelepasan tekanan tidak dilakukan, ubah bentuk teruk mungkin berlaku semasa pemesinan berikutnya. Penyepuhlindapan pelepasan tekanan biasanya disimpan pada 300°C-350°C selama 2-4 jam, diikuti dengan penyejukan perlahan ke suhu bilik di dalam relau. Untuk aloi titanium (Ti-6Al-4V), suhu pelepasan tekanan biasanya 650°C-750°C, dan masa pegangan ditentukan mengikut ketebalan dinding bahagian tersebut.

Parameter utama penyepuhlindapan pelepasan tekanan termasuk kadar pemanasan, suhu penahanan dan kadar penyejukan. Sekiranya kadar pemanasan terlalu cepat, kecerunan suhu dalaman bahagian akan meningkat, yang akan memperkenalkan tegasan terma baru; jika masa penahanan tidak mencukupi, tegasan sisa tidak dapat dilepaskan sepenuhnya. Peringkat penyejukan amat penting. Penyejukan relau atau kadar penyejukan terkawal mesti digunakan untuk mengelakkan tegasan baru yang disebabkan oleh penyejukan pantas. Untuk cetakan logam yang besar, adalah disyorkan untuk menggunakan proses pemanasan dan penyejukan bersegmen untuk mengurangkan lagi kesan kecerunan suhu.

Pilihan suasana rawatan haba juga mempengaruhi kualiti bahagian. Untuk logam aktif seperti aloi titanium, rawatan haba mesti dijalankan dalam suasana pelindung vakum atau argon untuk mengelakkan pengoksidaan suhu tinggi. Aloi aluminium boleh diproses dalam suasana udara, tetapi perhatian perlu dibayar untuk mengawal masa pegangan untuk mengelakkan penurunan kekuatan akibat penuaan yang berlebihan. Proses rawatan haba untuk keluli tahan karat (316L, 17-4PH) agak memaafkan, tetapi keluli tahan karat pengerasan pemendakan memerlukan kawalan tepat suhu penuaan dan masa penuaan untuk mencapai gred kekuatan sasaran.

Rawatan penuaan penyelesaian pepejal dan pengoptimuman prestasi aloi titanium

Ali Titanium ialah bahan cetakan 3D logam yang paling banyak digunakan dalam bidang aeroangkasa dan peranti perubatan. Proses rawatan habanya secara langsung menentukan bahagianpersembahan akhir. Struktur cetakan Ti-6Al-4V biasanya martensit acicular, dengan kekuatan dan kekerasan yang tinggi, tetapi keplastikan yang lemah. Melalui rawatan larutan pepejal (950°C-1020°C, pemeliharaan haba selama 1-2 jam, penyejukan pantas) dan rawatan penuaan (480°C-595°C, pemeliharaan haba selama 4-8 jam), struktur dwi-fasa boleh diperolehi, yang boleh meningkatkan keplastikan dan keliatan dengan ketara sambil mengekalkan kekuatan tinggi.

Untuk aloi titanium cetakan 3D, rawatan haba juga perlu mengambil kira ciri-ciri struktur cetakan. Bijirin yang dicetak menunjukkan morfologi kristal kolumnar yang tumbuh secara epitaxial, dan saiz dan tekstur butiran mempunyai kesan yang ketara terhadap prestasi. Melalui rawatan penyepuhlindapan β (lebih tinggi daripada suhu transformasi β), morfologi kristal kolumnar boleh dihapuskan, struktur kristal equiaxed boleh diperolehi, dan prestasi keletihan boleh dipertingkatkan. Walau bagaimanapun, penyepuhlindapan beta akan mengurangkan kekuatan dan perlu diseimbangkan mengikut keperluan aplikasi. Implan aloi titanium dalam bidang peranti perubatan biasanya memerlukan penyepuhlindapan lengkap untuk mendapatkan biokompatibiliti optimum dan hayat keletihan.

Kesan rawatan haba pada ketepatan dimensi bahagian cetakan aloi titanium memerlukan perhatian khusus. Penyejukan rawatan penyelesaian yang cepat boleh menyebabkan herotan bahagian, jadi kawasan dimensi kritikal perlu dimesin semula selepas rawatan haba. Adalah disyorkan untuk menempah elaun pemesinan 0.5-1mm dalam reka bentuk dan menjalankan penamat selepas rawatan haba. Pada masa yang sama, ubah bentuk semasa proses rawatan haba juga boleh dikurangkan sebahagiannya dengan mengoptimumkan struktur sokongan dan melaraskan arah peletakan semasa pencetakan.

Proses rawatan haba aloi aluminium dan keluli tahan karat

Rawatan haba bahagian cetakan 3D aloi aluminium terutamanya termasuk penyepuhlindapan pelepasan tekanan, rawatan penyelesaian dan penuaan buatan. AlSi10Mg ialah aloi aluminium tuang biasa. Struktur bercetak adalah rangkaian silikon eutektik yang halus. Selepas rawatan larutan pepejal (520°C-530°C) dan penuaan buatan (155°C-175°C, pemeliharaan haba selama 6-12 jam), fasa silikon menjadi spheroid dan sifat mekanikal bertambah baik dengan ketara. Kekuatan tegangan AlSi10Mg dalam keadaan T6 (larutan pepejal + penuaan) boleh mencapai lebih daripada 330MPa, dan pemanjangan meningkat kepada lebih daripada 8%.

Rawatan haba aloi aluminium memerlukan perhatian terhadap risiko penuaan yang berlebihan. Suhu penuaan yang terlalu tinggi atau masa yang terlalu lama akan menyebabkan penurunan kekuatan, jadi tetingkap proses perlu dikawal dengan ketat. Di samping itu, masa pemindahan pelindapkejutan bahagian aloi aluminium selepas rawatan penyelesaian hendaklah sesingkat mungkin (biasanya tidak lebih daripada 15 saat) untuk memastikan kesan penyelesaian. Untuk bahagian aloi aluminium berdinding nipis, pelindapkejutan boleh menyebabkan ubah bentuk, dan media pelindapkejutan polimer boleh dipertimbangkan dan bukannya pelindapkejutan air untuk mengurangkan kadar penyejukan.

Antara bahagian bercetak 3D keluli tahan karat, keluli tahan karat austenit 316L biasanya hanya memerlukan rawatan pelepasan tekanan (400°C-500°C, pemeliharaan haba selama 1-2 jam) untuk memenuhi kebanyakan keperluan aplikasi. Keluli tahan karat pengerasan kerpasan 17-4PH memerlukan rawatan larutan (sekitar 1040°C) dan rawatan penuaan (480°C-620°C, dipilih mengikut tahap kekuatan yang diperlukan). Keluli tahan karat martensit (seperti 420, 440C) perlu disepuhlindapkan selepas mencetak untuk meningkatkan kebolehmesinan, dan akhirnya kekerasan sasaran diperoleh melalui pelindapkejutan dan pembajaan. Rawatan haba keluli tahan karat mempunyai keperluan yang lebih rendah untuk atmosfera, tetapiIa masih disyorkan untuk dijalankan dalam suasana perlindungan untuk mengelakkan lapisan oksida permukaan daripada menjejaskan rawatan permukaan seterusnya.

Rawatan penyepuhlindapan dan pengawetan bahagian bercetak 3D polimer

Rawatan haba bahagian cetakan 3D polimer tidak boleh diabaikan. Bahagian seperti PLA dan ABS yang dicetak oleh FDM mempunyai anisotropi yang jelas disebabkan oleh ikatan antara lapisan yang lemah. Rawatan penyepuhlindapan boleh mengurangkan tekanan sisa dengan berkesan dan meningkatkan kekuatan ikatan antara lapisan. Suhu penyepuhlindapan bahagian PLA biasanya 60°C-90°C (berhampiran dengan suhu peralihan kaca), dan masa penahanan ialah 30-60 minit; suhu penyepuhlindapan bahagian ABS ialah 80°C-110°C. Saiz bahagian mungkin mengecut atau mengembang sedikit selepas penyepuhlindapan, dan pampasan perlu disediakan dalam reka bentuk.

Rawatan penyepuhlindapan cetakan SLS nilon (PA12) adalah istimewa. Semasa proses pencetakan SLS, serbuk tidak disinter memainkan peranan sokongan dalam bahagian, dan bahagian mungkin mengalami pengecutan penghabluran perlahan semasa proses penyejukan, mengakibatkan perubahan dimensi. Dengan penyepuhlindapan pada 120°C-150°C, kehabluran boleh distabilkan dan kestabilan dimensi dipertingkatkan. Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa penyepuhlindapan akan meningkatkan sedikit kekerasan dan kekakuan bahagian nilon, sambil mengurangkan keliatan, yang perlu dipertimbangkan secara menyeluruh semasa reka bentuk.

Selepas pengawetan cetakan resin yang diawet dengan cahaya (SLA, DLP) ialah langkah kritikal dalam mencapai prestasi akhir. Selepas pencetakan selesai, masih terdapat monomer yang tidak sembuh sepenuhnya di dalam bahagian resin, yang perlu diawet selepas di dalam kotak pengawetan UV. Masa selepas penyembuhan biasanya 30-90 minit, bergantung pada jenis resin dan ketebalan bahagian. Selepas penyembuhan boleh meningkatkan kekuatan, kekerasan dan rintangan haba dengan ketara, tetapi ia juga boleh menyebabkan pengecutan dan ubah bentuk. Untuk bahagian yang diawetkan cahaya dengan keperluan ketepatan tinggi, adalah disyorkan untuk menyembuhkan selepas sebelum menanggalkan sokongan untuk mengurangkan ubah bentuk. Sesetengah resin kejuruteraan juga memerlukan pengawetan terma (60°C-80°C) untuk meningkatkan lagi suhu peralihan kaca.

Penentuan parameter proses rawatan haba dan pengesahan kualiti

Penentuan parameter proses rawatan haba memerlukan pertimbangan menyeluruh gred bahan, proses percetakan, saiz bahagian dan keperluan prestasi. Adalah disyorkan bahawa apabila mewujudkan proses rawatan haba, syarikat merujuk kepada tetingkap proses yang disyorkan yang disediakan oleh pembekal bahan dan menentukan parameter terbaik melalui pengesahan eksperimen. Reka bentuk eksperimen boleh menggunakan kaedah eksperimen ortogon untuk mengkaji pengaruh tiga faktor utama suhu, masa dan kadar penyejukan ke atas sifat mekanikal. Pengesahan prestasi setiap kumpulan bahagian yang dirawat haba hendaklah termasuk ujian tegangan, ujian kekerasan dan analisis mikrostruktur.

Pengesahan kualiti ialah pautan utama dalam kawalan gelung tertutup bagi proses rawatan haba. Pemeriksaan berikut hendaklah dijalankan selepas setiap kelompok bahagian dirawat haba: pertama, pemeriksaan dimensi untuk mengesahkan bahawa ubah bentuk bahagian berada dalam julat yang dibenarkan; kedua, ujian kekerasan untuk mengesahkan ketekalan kesan rawatan haba; ketiga, pemeriksaan mikrostruktur untuk mengesahkan bahawa tiada struktur yang tidak normal seperti terlalu panas dan terbakar; keempat, ujian sifat mekanikal, ujian tegangan dan ujian impak hendaklah dijalankan pada bahagian utama. Lejar harus diwujudkan untuk data pemeriksaan untuk membentuk rekod kebolehkesanan kelompok untuk menyediakan sokongan data untuk pengoptimuman proses yang berterusan.

Penentukuran dan penyelenggaraan peralatan rawatan haba adalah sama penting. Keseragaman suhu relau hendaklah diperiksa secara berkala (setiap suku disyorkan) untuk memastikan bahawa sisihan suhu dalam relau berada dalam lingkungan ±10°C. Termokopel perlu ditentukur dengan kerap, dan perakam suhu hendaklah dilengkapi dengan fungsi penggera suhu berlebihan. Untuk relau rawatan haba vakum, ia juga perlu sentiasa memeriksa keupayaan mengekalkan vakum dan kesucian suasana. Mewujudkan sistem pengurusan peralatan rawatan haba yang baik adalah asas untuk memastikan kestabilan kualiti rawatan haba.

Kesimpulan: Rawatan haba adalah kunci untuk melepaskan prestasi bahagian cetakan 3D

Rawatan haba memainkan peranan yang semakin penting dalam rantaian proses pencetakan 3D. Untuk bahagian bercetak logam, rawatan haba hampir merupakan proses yang sangat diperlukan, yang secara langsung menentukan kekuatan, keplastikan dan hayat keletihan bahagian itu; untuk bahagian bercetak polimer, rawatan penyepuhlindapan dan pasca pengawetan boleh meningkatkan kestabilan dimensi dan sifat mekanikal dengan ketara. Perusahaan harus mewujudkan sistem proses rawatan haba piawai berdasarkan ciri-ciri bahan dan keperluan aplikasi, dan menyediakan proses pengesahan kualiti yang lengkap.

Pada masa hadapan, dengan aplikasi pencetakan 3D yang mendalam dalam bidang pembuatan mewah seperti aeroangkasa, peralatan perubatan dan kereta, penambahbaikan dan kecerdasan proses rawatan haba akan menjadi trend penting. Teknologi baharu seperti rawatan haba in-situ, peralatan pasca pemprosesan bersepadu dan reka bentuk proses rawatan haba berdasarkan pengoptimuman simulasi sedang berkembang pesat. Adalah disyorkan agar perusahaan terus memberi perhatian kepada barisan hadapan teknologi rawatan haba, menggabungkan pembinaan kapasiti rawatan haba ke dalam perancangan kapasiti perkhidmatan percetakan 3D, dan menyediakan pelanggan dengan perkhidmatan rantaian proses yang lengkap daripada pencetakan kepada pelepasan prestasi.