บทนำ: ความสำคัญของการทำหลังการผลิต
ชิ้นงานพิมพ์ SLM โลหะเนื่องจากลักษณะการแข็งตัวอย่างรวดเร็ว จึงมีปัญหาเช่น ความเค้นตกค้างสูง ผิวหยาบ และโครงสร้างไม่สม่ำเสมอ กระบวนการหลังการผลิตเป็นขั้นตอนสำคัญในการกำจัดข้อบกพร่องเหล่านี้และให้ได้สมรรถนะขั้นสุดท้ายตามต้องการ จากสถิติ ต้นทุนของการทำหลังการผลิตชิ้นงานพิมพ์ SLM โลหะคิดเป็น 30-50% ของต้นทุนรวม และคุณภาพของการทำหลังการผลิตส่งผลโดยตรงต่อสมรรถนะและอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์
1. ความเค้นตกค้างและการบิดเบี้ยว
1.1 แหล่งกำเนิดของความเค้นตกค้าง
- ความชันของอุณหภูมิ: การเย็นตัวอย่างรวดเร็วของแอ่งหลอมทำให้เกิดความชันของอุณหภูมิ ส่งผลให้เกิดความเค้นทางความร้อน
- ความเค้นจากการเปลี่ยนเฟส: ในกระบวนการแข็งตัว การเปลี่ยนเฟสทำให้เกิดความเค้นจากการเปลี่ยนเฟส
- ความเค้นจากการถูกยึดรั้ง: ความเค้นที่เกิดจากการยึดรั้งของแผ่นฐานและข้อจำกัดเชิงเรขาคณิตของชิ้นงาน
1.2 ลักษณะการกระจายของความเค้น
พื้นผิวที่เป็นความเค้นอัดเป็นผลดีต่อสมรรถนะด้านความล้า ส่วนภายในที่เป็นความเค้นดึงอาจทำให้เกิดการแตกร้าว และบริเวณมุมแหลมรวมถึงโครงสร้างผนังบางจะเกิดความเค้นกระจุกตัวอย่างรุนแรง
2. การอบชุบเพื่อคลายความเค้น
2.1 การอบอ่อนคลายความเค้น
สแตนเลส 316L: 450-550℃×2-4h ปล่อยเย็นพร้อมเตา ไทเทเนียมอัลลอย Ti6Al4V: 600-650℃×2-4h ปล่อยเย็นพร้อมเตา อะลูมิเนียมอัลลอย AlSi10Mg: 250-300℃×2-3h ปล่อยเย็นพร้อมเตา เหล็กเครื่องมือ H13: 550-650℃×3-5h ปล่อยเย็นพร้อมเตา อินโคเนล 718: 720-750℃×4-6h ปล่อยเย็นพร้อมเตา
2.2 ข้อกำหนดของอุปกรณ์
เตาสุญญากาศมีระดับสุญญากาศ <10⁻² Pa เหมาะสำหรับไทเทเนียมอัลลอยและซูเปอร์อัลลอยที่อุณหภูมิสูง เตาแบบปกป้องด้วยอาร์กอนมีปริมาณออกซิเจน <10ppm เตาแบบปกป้องด้วยไนโตรเจนเหมาะสำหรับสแตนเลสและเหล็กเครื่องมือ ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ ±5℃
3. การถอดโครงค้ำยัน
3.1 การถอดด้วยวิธีเชิงกล
งานช่างเหมาะสำหรับโครงสร้างที่เรียบง่าย การตัดเฉือนด้วยเครื่องจักรมีประสิทธิภาพสูงและความแม่นยำดี การตัดลวดเหมาะสำหรับโครงสร้างซับซ้อนและมีความแม่นยำสูง การเจียรเหมาะสำหรับวัสดุที่มีความแข็งสูง
3.2 การถอดด้วยไฟฟ้าเคมี
หลักการคือการละลายทางไฟฟ้าเคมี เหมาะสำหรับโครงค้ำยันในโพรงด้านใน อิเล็กโทรไลต์เป็นสารละลายเกลือหรือสารละลายกรด ความหนาแน่นกระแส 10-50 A/cm² ข้อดีคือเข้าถึงได้ดี ข้อเสียคือความเร็วช้าและต้องทำความสะอาดหลังการทำงาน
4. การเพิ่มความแข็งแรงด้วยการอบชุบความร้อน
4.1 การอบละลายและอบคืนตัว
ไทเทเนียมอัลลอย Ti6Al4V: อบละลาย 900-950℃, อบคืนตัว 540-600℃ อินโคเนล 718: อบละลาย 950-980℃, อบคืนตัว 720+620℃ เหล็กเครื่องมือ H13: อบละลาย 1020-1050℃, อบคืนตัว 550-600℃, ความแข็งสูงถึง 50HRC
4.2 การอัดร้อนแบบไอโซสแตติก (HIP)
อุณหภูมิกำหนดตามวัสดุ ความดัน 100-200MPa เวลา 2-4 ชั่วโมง ผลลัพธ์: ความหนาแน่น >99.9% สมรรถนะด้านความล้าเพิ่มขึ้น 30-50%
5. การปรับสภาพผิว
5.1 ความขรุขระผิว
ด้านข้างในสภาพพิมพ์ Ra 5-15μm, ด้านบน/ด้านล่างในสภาพพิมพ์ Ra 15-40μm, หลังพ่นทราย Ra 3-6μm, หลังขัดเงา Ra 0.2-1.0μm, หลังการตัดเฉือนด้วยเครื่องจักร Ra 0.8-3.2μm
5.2 การพ่นลูกเหล็กเพิ่มความแข็งแรง
วัตถุประสงค์คือสร้างความเค้นอัดบนผิวเพื่อเพิ่มสมรรถนะด้านความล้า สื่อที่ใช้คือลูกเหล็กหรือเม็ดแก้ว ความเข้มโดยทั่วไป 0.2-0.6mmA อัตราการครอบคลุม >100% ผลลัพธ์คืออายุความล้าเพิ่มขึ้น 30-100%
6. กรณีการใช้งานจริง
ใบพัดเครื่องยนต์อากาศยาน (อินโคเนล 718): แยกด้วยการตัดลวด → คลายความเค้น 750℃×4h → HIP 1180℃/150MPa/4h → อบละลายและอบคืนตัว → ตัดเฉือนด้วยเครื่องจักร → ขัดเงาทางไฟฟ้าเคมี → ตรวจสอบด้วยสารเรืองแสง ชิ้นส่วนฝังในร่างกายทางการแพทย์ (ไทเทเนียมอัลลอย Ti6Al4V): ถอดโครงค้ำยันด้วยวิธีเชิงกล → พ่นทราย → ล้างกรดและทำพาสซิเวชัน → อบอ่อนคลายความเค้น → HIP → ขัดเงาขั้นสุดท้าย → ทำความสะอาดและบรรจุภัณฑ์ ชิ้นส่วนแม่พิมพ์ (เหล็กเครื่องมือ H13): ตัดเฉือนด้วยเครื่องจักรเพื่อนำโครงค้ำยันออก → อบอ่อนคลายความเค้น → ชุบแข็ง + คืนตัว → ตัดเฉือนพื้นผิวสำคัญ → ขัดเงา → ทำไนไตรดิ้ง
สรุป
การทำหลังการผลิตของชิ้นงานพิมพ์ SLM โลหะเป็นขั้นตอนสำคัญที่ช่วยรับประกันสมรรถนะขั้นสุดท้าย ผ่านการคลายความเค้น การเพิ่มความแข็งแรงด้วยการอบชุบความร้อน และการปรับสภาพผิวอย่างเหมาะสม สามารถเพิ่มสมรรถนะเชิงกลและอายุการใช้งานของชิ้นส่วนได้อย่างมีนัยสำคัญ
ส่งโมเดล แบบแปลน รูปภาพ หรือบันทึกเป็นลายลักษณ์อักษร วิศวกรจะตรวจสอบวัสดุ กระบวนการ การตกแต่ง และการส่งมอบตามการใช้งานจริง