Haben verschiedene Bereiche die gleichen Anforderungen an die Endbearbeitung von 3D-Metalldrucken?

1. Luft- und Raumfahrt: Beste Leistung und Anpassungsfähigkeit an extreme Umgebungen
Im Flugzeugsektor gelten sehr anspruchsvolle Standards für 3D-gedruckte Metallteile. Kurz gesagt: Diese Teile müssen stabil, temperaturbeständig, zuverlässig und leicht sein. Beispielsweise müssen Turbinenschaufeln von Flugzeugtriebwerken Temperaturen von über 1000 Grad standhalten und Zentrifugalkräften von mehreren Zehntausend Umdrehungen pro Minute standhalten. Außerdem müssen sie 30 bis 50 % leichter sein als Standardgussteile. Dieses sehr schwierige Arbeitsumfeld stellt drei Hauptanforderungen an die Nachbearbeitung:

Kontrolle der Mikrostruktur: Verwendung von heißisostatischem Pressen (HIP), um innere Poren zu beseitigen und die Materialdichte nahezu 100 % zu erreichen. Ein bestimmter Flugzeughersteller verwendet HIP-behandelte 3D-gedruckte Rotorblätter aus Titanlegierung. Diese Klingen halten fünfmal länger als unbehandelte Teile und sind 92 % so stark wie geschmiedete Teile.
Restspannung abbauen: Die Restspannung aus dem laserselektiven Schmelzverfahren (SLM) kann bis zu 60 % der Streckgrenze des Materials betragen. Um den Spannungspegel auf ein sicheres Niveau zu senken, ist ein Spannungsglühen (Halten bei 550 Grad für 4 Stunden) erforderlich. Nach dieser Behandlung konnte die tragende Struktur eines bestimmten Raumschiffs ihre Form von 3,2 mm auf 0,1 mm ändern.
Kontrolle der Oberflächenintegrität: Durch elektrolytisches Polieren wird die Oberflächenrauheit von Ra12,5 μm auf Ra0,4 μm gesenkt und eine Passivierungsschicht mit einer Dicke von 1–2 μm erzeugt. Dadurch dauert der Salzsprühtest zwischen 200 und 2000 Stunden und das Produkt ist sicher für den Einsatz in Meeresumgebungen.
2, Medizinische Implantate: Biokompatibilität und individuelle Anpassung
Die Medizinbranche benötigt 3D-gedruckte Metallteile, die für Lebewesen sicher sind und auf vielfältige Weise verwendet werden können. Das Hauptproblem besteht darin, sicherzustellen, dass die „Materialstrukturfunktion“ dreimal übereinstimmt. Beispielsweise müssen maßgeschneiderte Hüftgelenkprothesen die folgenden Parameter für die Nachbearbeitung erfüllen:

Biologische Oberflächenaktivierung: Durch Mikrolichtbogenoxidation wird eine 20 μm dicke poröse Oxidschicht auf der Oberfläche der Titanlegierung erzeugt. Die Porosität wird zwischen 30 % und 40 % gehalten und die Porengröße liegt zwischen 50 und 100 μm, was der Struktur menschlicher Knochenbälkchen ähnelt. Eine klinische Untersuchung hat gezeigt, dass diese Oberflächenbehandlung die Geschwindigkeit der Knochenintegration um 40 % steigern kann und sechs Monate nach der Operation eine Prothesenstabilitätsrate von 98,7 % erreicht.
Behandlung ohne Einsatz von Magneten: Damit die Kernspinresonanz funktioniert, muss der Restmagnetismus des Materials weniger als 5 nT betragen und der beim Drucken auftretende Unterschied in der Orientierung der magnetischen Domänen muss durch eine Behandlung mit fester Lösung (850-Grad-Isolierung für 2 Stunden und Abschrecken mit Wasser) beseitigt werden. Nach dieser Therapie schrumpfte der Bereich der durch einen bestimmten Herzstent verursachten Bildartefakte in einem 3T-MRT-Gerät um 82 %.
Eine für Sie einzigartige Größenkontrolle: Ein Bearbeitungszentrum mit fünf-Achsen schleift die Verbindungsoberfläche mit einer Größengenauigkeit von ± 0,02 mm. Mithilfe von Reverse Engineering zum Scannen von CT-Daten des Patienten, 3D-Druck und CNC-Präzisionsbearbeitung passte ein individuelles Schädelreparaturimplantat zu 99,3 % an die Defektstelle.
3. Autos bauen: Gewicht und Kosten in Einklang bringen
Im Automobilsektor besteht ein „polarisierter“ Bedarf an 3D-gedruckten Metallteilen. High-End-Modelle wollen die beste Leistung, während Low-{3}-Modelle die Kosten niedrig halten möchten. Diese einzigartige Anforderung zwingt die Nachbearbeitungstechnologie dazu, sich auf zwei Arten zu verändern:

Hochleistungs-Komponentenverarbeitung: Das Motorgehäuse eines neuen Energiefahrzeugs besteht aus einer 3D-gedruckten Aluminiumlegierung. Die thermische Behandlung T6 (feste Lösung 530 Grad + künstliche Alterung 170 Grad) erhöht die Zugfestigkeit von 280 MPa auf 380 MPa. Die Wärmeleitfähigkeit wird ebenfalls von 120 W/(m · K) auf 180 W/(m · K) verbessert, um den Anforderungen von IGBT-Modulen an die Wärmeableitung gerecht zu werden.
Verarbeitung wirtschaftlicher Komponenten: Ein spezielles Wirtschaftsmodell verwendet 3D-gedruckte Edelstahlhalterungen, deren Oberflächenrauheit durch Sandstrahlbehandlung mit Al2O3-Sandpartikeln mit einer Maschenweite von 80 von Ra10 μm auf Ra3,2 μm verringert wird. Gleichzeitig entsteht eine 0,5 μm dicke Druckspannungsschicht, die die Ermüdungslebensdauer von 50.000 auf 200.000 Zyklen verlängert und damit die 10-Jahres-Nutzungskriterien erfüllt.
Optimierung der Serienproduktion: Ein SLM-Gerät mit mehreren Laserköpfen druckt einen bestimmten Getriebeventilkörper, und ein Online-Laserinterferometer überprüft die Qualität der Zwischenschichtbindung in Echtzeit. Mit Hilfe einer automatisierten Kugelstrahlbehandlung (Glasperlen, Partikelgröße 220 Mesh) wird die Nachbearbeitungszeit für ein Stück von 45 Minuten auf 12 Minuten verkürzt, was genug Zeit für die Herstellung von 500.000 Stücken pro Jahr ist.
4. Energieausrüstung: Garantiert lange Lebensdauer und Korrosionsbeständigkeit
3D-gedruckte Metallteile müssen sehr rauen Bedingungen wie hohen Temperaturen, hohen Drücken und starker Korrosion standhalten. Dies gilt für die Bereiche Kernenergie, Petrochemie und andere. Ein spezielles Unterwasser-Öl- und Gasventil besteht aus einer Legierung auf Nickelbasis, die im 3D-Drucker hergestellt wurde. Das Post--System umfasst:

Reinigung mit überkritischen Flüssigkeiten: Durch die Verwendung von flüssigem CO2 zur Entfernung von Pulverresten im internen Strömungskanal ist diese Methode achtmal effektiver als die typische Ultraschallreinigung und die Größe der verbleibenden Partikel wird unter 10 μm gehalten.
Gradientenwärmebehandlung: Durch segmentiertes Abschrecken (1050 Grad Wasserabschreckung + 760 Grad Ölabschreckung) wird eine 1 mm dicke martensitische Schicht auf der Oberfläche des Materials gebildet, während die Austenitstruktur im Kern erhalten bleibt. Dadurch erhöht sich die Schlagzähigkeit des Ventils von 20 J auf 120 J bei niedrigen Temperaturen von -46 Grad.
Verbundbeschichtungstechnologie: Zunächst wird durch Plasmaspritzen eine 0,3 mm dicke Al2O3-13 % TiO2-Keramikschicht erzeugt. Anschließend wird durch Laserauftragschweißen eine 0,1 mm dicke NiCrBSi-Legierungsschicht hinzugefügt. Dadurch wird die Korrosionsrate des Ventils in einer 5 %igen NaCl-Lösung von 0,02 mm/Jahr auf 0,001 mm/Jahr gesenkt.