Metal SLM baskısının son işlem süreçleri: gerilim gideriminden yüzey finisajına eksiksiz yöntem

Giriş: Son işlemenin önemi

Metal SLM baskı parçaları, hızlı katılaşma özellikleri nedeniyle yüksek artık gerilme, yüzey pürüzlülüğü ve düzensiz mikroyapı gibi sorunlara sahiptir. Son işlem süreçleri, bu kusurları gidermek ve nihai performans gereksinimlerini karşılamak için kritik bir aşamadır. İstatistiklere göre, metal SLM baskı parçalarında son işlem maliyeti toplam maliyetin %30-50'sini oluşturur; son işlem kalitesi ise ürünün performansını ve ömrünü doğrudan etkiler.

I. Artık gerilme ve deformasyon

1.1 Artık gerilme kaynakları

• Sıcaklık gradyenti: Erimiş havuzun hızlı soğuması sıcaklık gradyenti oluşturur ve ısıl gerilmeye yol açar
• Faz dönüşüm gerilmesi: Katılaşma sırasında meydana gelen faz dönüşümü gerilmeye neden olur
• Kısıtlama gerilmesi: Tabla kısıtlaması ve parça geometrik kısıtlamalarının oluşturduğu gerilmeler

1.2 Gerilme dağılımının özellikleri

Yüzeydeki basma gerilmesi yorulma performansı için faydalıdır; iç kısımdaki çekme gerilmesi ise çatlamaya yol açabilir. Keskin köşelerde ve ince cidarlı yapılarda gerilme yığılması oldukça ciddidir.

II. Gerilim giderme ısıl işlemi

2.1 Gerilim giderme tavlaması

Paslanmaz çelik 316L: 450-550℃ × 2-4 saat, fırınla soğutma. Titanyum alaşımı Ti6Al4V: 600-650℃ × 2-4 saat, fırınla soğutma. Alüminyum alaşımı AlSi10Mg: 250-300℃ × 2-3 saat, fırınla soğutma. Takım çeliği H13: 550-650℃ × 3-5 saat, fırınla soğutma. Inconel 718: 720-750℃ × 4-6 saat, fırınla soğutma.

2.2 Ekipman gereksinimleri

Vakum fırını: vakum derecesi <10⁻² Pa, titanyum alaşımları ve yüksek sıcaklık alaşımları için uygundur. Argon korumalı fırın: oksijen içeriği <10 ppm. Azot korumalı fırın: paslanmaz çelik ve takım çelikleri için uygundur. Sıcaklık homojenliği: ±5℃.

III. Desteklerin kaldırılması

3.1 Mekanik kaldırma

El işçiligi basit yapılar için uygundur; talaşlı imalat yüksek verim ve iyi hassasiyet sağlar; tel erozyon karmaşık yapılar ve yüksek hassasiyet için uygundur; taşlama ise sert malzemeler için uygundur.

3.2 Elektrokimyasal kaldırma

Prensip elektrokimyasal çözünmedir ve iç boşluk destekleri için uygundur. Elektrolit olarak tuz çözeltisi veya asit çözeltisi kullanılır; akım yoğunluğu 10-50 A/cm²'dir. Avantajı erişilebilirliğinin iyi olması, dezavantajı ise yavaş olması ve sonrasında temizleme gerektirmesidir.

IV. Isıl işlemle güçlendirme

4.1 Çözeltiye alma ve yaşlandırma işlemi

Ti6Al4V titanyum alaşımı: çözeltiye alma 900-950℃, yaşlandırma 540-600℃. Inconel 718: çözeltiye alma 950-980℃, yaşlandırma 720+620℃. H13 takım çeliği: çözeltiye alma 1020-1050℃, yaşlandırma 550-600℃, sertlik 50 HRC'ye ulaşır.

4.2 Sıcak izostatik presleme (HIP)

Sıcaklık malzemeye göre belirlenir, basınç 100-200 MPa, süre 2-4 saattir. Etkisi: yoğunluk >99.9%, yorulma performansı %30-50 artar.

V. Yüzey işlemi

5.1 Yüzey pürüzlülüğü

Basılmış halde yan yüzey Ra 5-15μm, basılmış halde üst/alt yüzey Ra 15-40μm, kumlamadan sonra Ra 3-6μm, cilalamadan sonra Ra 0.2-1.0μm, talaşlı imalattan sonra Ra 0.8-3.2μm.

5.2 Bilyalı dövme ile pekleştirme

Amacı, yüzeyde basma gerilmesi oluşturarak yorulma performansını artırmaktır; ortam olarak çelik bilya veya cam boncuklar kullanılır, şiddet genellikle 0.2-0.6mmA'dır, kaplama oranı >100%'dür, etkisi yorulma ömründe %30-100 artıştır.

VI. Uygulama örnekleri

Uçak motoru kanadı (Inconel 718): tel erozyonla ayırma → gerilim giderme 750℃ × 4 saat → HIP 1180℃/150 MPa/4 saat → çözeltiye alma ve yaşlandırma → talaşlı imalat → elektrokimyasal parlatma → floresan penetrant muayenesi. Tıbbi implant (Ti6Al4V titanyum alaşımı): desteklerin mekanik olarak kaldırılması → kumlama → asitle temizleme ve pasivasyon → gerilim giderme tavlaması → HIP → nihai parlatma → temizleme ve paketleme. Kalıp parçası (H13 takım çeliği): desteklerin talaşlı imalatla kaldırılması → gerilim giderme tavlaması → su verme + temperleme → kritik yüzeylerin talaşlı işlenmesi → parlatma → nitrasyon işlemi.

Sonuç

Metal SLM baskı parçalarında son işlem, nihai performansı sağlamak için kritik bir aşamadır. Uygun gerilim giderme, ısıl işlemle güçlendirme ve yüzey işlemleri sayesinde parçaların mekanik özellikleri ve kullanım ömrü önemli ölçüde artırılabilir.