Kann die Nachbearbeitung beim Metall-3D-Druck teilweise entfallen?

Die Hauptidee der Nachbearbeitung besteht darin, von „brauchbar“ zu „zuverlässig“ zu wechseln.
Beim 3D-Drucken von Metall schmelzen Sie Metallpulver oder Draht Schicht für Schicht. Dies kann zu Problemen wie Restspannung, kleinen Fehlern und rauen Oberflächen führen. Der Hauptzweck der Nachbearbeitung besteht darin, diese „inhärenten Mängel“ zu beheben:

Restspannungen abbauen: Durch schnelles Abkühlen während des Druckens können innere Spannungen entstehen, die dazu führen können, dass sich Teile verbiegen oder zerbrechen. Wenn die Turbinenschaufeln eines Flugzeugtriebwerks nicht gegen Überhitzung behandelt werden, kann die Eigenspannung 60 % der Streckgrenze des Materials erreichen. Dies kann dazu führen, dass die Rotorblätter bei laufendem Motor plötzlich einklappen.
Verbesserung der mechanischen Leistung: Eine Wärmebehandlung, wie z. B. eine feste Lösung und Alterung, kann die Korngröße verkleinern, zur Bildung von Verstärkungsphasen führen und die Zugfestigkeit der Titanlegierung von 800 MPa auf 1.200 MPa erhöhen, was für tragende Strukturen in der Luftfahrt erforderlich ist.
Verbesserung der Oberfläche: Durch Sandstrahlen, Polieren und andere Methoden können Sie die Oberflächenrauheit von Ra12,5 μm auf Ra0,4 μm senken und Spuren von Zwischenschichtverklebungen beseitigen. Dadurch werden die Implantate biokompatibel.
Versiegelte interne Defekte: Die Technologie des heißisostatischen Pressens (HIP) komprimiert Poren bei hohen Temperaturen und Drücken, wodurch die Materialdichte nahezu 100 % erreicht und die Ermüdungslebensdauer erheblich verlängert wird.
2, Die Möglichkeit, die Nachbearbeitung teilweise zu überspringen: eine szenengesteuerte Differenzierungstechnik
Selbst wenn eine Nachbearbeitung erforderlich ist, gibt es Zeiten, in denen eine teilweise „Subtraktion“ durch Prozessoptimierung oder neue Materialien erfolgen kann:

1. Stützstrukturen wegnehmen: von „erforderlich“ zu „optional“
Um zu verhindern, dass hängende Teile herunterfallen, benötigt der herkömmliche 3D-Metalldruck Stützstrukturen. Durch das Entfernen der Halterung könnte jedoch die Oberfläche der Teile beschädigt werden. Mit der geschlossenen -Schmelzbadsteuerung und der berührungslosen Pulververteilung verstößt die nicht unterstützte Drucktechnologie von VELO 3D gegen die „45-Grad-Regel“. Komplexe Strukturen mit einem Innendurchmesser von bis zu 100 mm können ohne Unterstützung gedruckt werden. Beispielsweise weist das bedruckte Innenrohr des Wärmetauschers eine Oberflächenglätte von Ra3,2 μm auf, was die Anforderungen an die Flüssigkeitsabdichtung sofort erfüllt. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, den Träger zu entfernen und die Oberfläche erneut zu polieren.

2. Oberflächenbehandlung: vom „Feinpolieren“ bis zur „Funktionsorientierung“
Für nicht sichtbare Bereiche oder Teile, die sich innerhalb des Strömungskanals befinden, kann die Oberflächenrauheit etwas gelockert werden. Zum Beispiel:

Aufhängungsteile für Kraftfahrzeuge: Durch Ändern der Druckeinstellungen (z. B. Schichtdicke auf 0,1 mm und Scangeschwindigkeit auf 1000 mm/s) wird die Oberflächenrauheit bei Ra6,3 μm gehalten, was den Verschleißfestigkeitsstandards entspricht und die Sandstrahlphase überspringt.
Treibstoffdüse für ein Flugzeugtriebwerk: Die Oberflächenrauheit des inneren Strömungskanals beträgt nach dem Laser Selective Melting (SLM)-Drucken Ra8 μm. Durch die Flüssigkeitssimulation entspricht der Kraftstoffzerstäubungseffekt der Norm, sodass kein zusätzliches Polieren erforderlich ist.
3. Wärmebehandlung: von „vollständiger Prozessabdeckung“ bis „Customization on Demand“
Eine Wärmebehandlung kann die Funktionsfähigkeit verbessern, aber auch die Größe oder Farbe der Teile beeinflussen. Folgende Situationen können eine Wärmebehandlung auslassen oder erleichtern:

Dekorative Metallgegenstände wie 3D-{{1}gedruckter Schmuck aus Titanlegierung müssen nicht hart sein. Daher kann auf eine Behandlung mit fester Lösung verzichtet werden, um den Glanz des Metalls zu erhalten.
Bei Niedertemperaturanwendungen, wie z. B. Halterungen aus Aluminiumlegierung, die in Umgebungen mit Temperaturen von bis zu -40 Grad verwendet werden, wird die Eigenspannung durch die Optimierung der Druckbedingungen (z. B. Vorheizen des Substrats auf 200 Grad) in einem sicheren Bereich gehalten, sodass kein Spannungsarmglühen erforderlich ist.
Während der Forschungs- und Entwicklungsphase können nicht wärmebehandelte Teile schnell prüfen, ob das Design funktioniert, und den Iterationszyklus beschleunigen.
4. Pulver entfernen und recyceln: vom „manuellen Betrieb“ zur „automatisierten Integration“
Das Entfernen und Sieben des Pulvers nimmt während des Pulverbettschmelzprozesses viel Zeit in Anspruch. Der Platinum BLT-S800 verfügt über ein automatisches Pulverrückgewinnungssystem, das den Pulverfluss in einem geschlossenen Kreislauf in der Kabine ermöglicht. Dadurch ist die Pulverentfernung um 80 % effizienter und einige menschliche Kontrollverfahren entfallen.

3,Ignorieren der Risiken und Grenzen der Nachbearbeitung: ein Zeichen technologischer Reife
Es ist möglich, Geld zu sparen, indem man nicht die gesamte Nachbearbeitung übernimmt, es gibt jedoch einige Bedenken, die man im Hinterkopf behalten sollte:

Leistungseinbußen: Teile aus Hochtemperaturlegierungen auf Nickelbasis-, die nicht behandelt werden, können 30 % ihrer Hochtemperaturfestigkeit verlieren, die für Flugzeugtriebwerke nicht stark genug ist.
Abnahme der Zuverlässigkeit: Implantate aus Titanlegierungen, die nicht mit HIP behandelt wurden, haben möglicherweise eine um 50 % kürzere Ermüdungslebensdauer, was die Wahrscheinlichkeit eines klinischen Versagens erhöht.
Problem mit der Compliance: Es gibt strenge Zertifizierungsstandards für Teile in Branchen wie dem Gesundheitswesen und der Luftfahrt (z. B. ASTM F2924), und das Überspringen wichtiger Nachbearbeitungsschritte kann dazu führen, dass der Test nicht bestanden wird.
Die Branchenpraxis hat gezeigt, dass die Machbarkeit eines Verzichts auf die Nachbearbeitung von der technologischen Reife und der Toleranz des Szenarios abhängt. Beispielsweise reduziert die Concept Laser M2-Ausrüstung von GE Additive die Restspannung in Edelstahlteilen durch den Einsatz besserer Scanmethoden um 40 %. Bei einigen Teilen kann das Spannungsarmglühen sogar übersprungen werden. Allerdings benötigen medizinische Implantate immer noch eine vollständige Wärmebehandlung und Oberflächenpassivierung, um für den biologischen Einsatz sicher zu sein.