Was ist der Unterschied zwischen der Nachbearbeitung des 3D-Metalldrucks und der herkömmlichen Bearbeitung?

一, Technisches Prinzip: Der Unterschied zwischen additiven und subtraktiven Fertigungsverfahren
Der Metall-3D-Druck ist eine Art der additiven Fertigung (AM), bei der dreidimensionale Objekte durch das Stapeln von Schichten aus Metallpulvern (wie Titanlegierungen und Edelstahl) oder Drähten und deren Schmelzen und Verfestigen mit Wärmequellen wie Lasern und Elektronenstrahlen hergestellt werden. Dieses Verfahren erfordert keine Form und kann ein digitales Modell sofort in ein echtes Ding verwandeln. Allerdings ist die Oberfläche des Formteils rau (Ra6,3–12,5 μm) und im Inneren können Restspannungen oder Mikroporendefekte vorhanden sein, die für eine bessere Leistung durch Nachbearbeitung behoben werden müssen.

Die traditionelle Zerspanung basiert auf der Idee der subtraktiven Fertigung. Es beginnt mit einem Vollmetallbarren und verwendet Schneidwerkzeuge wie Drehen, Fräsen und Bohren, um überschüssiges Material zu entfernen, bis die gewünschte Form erreicht ist. Es bietet die Vorteile einer hervorragenden Formpräzision (bis zum IT5-Niveau) und einer guten Oberflächenglätte (Ra0,1–0,4 μm), es ist jedoch schwierig, mit komplexen Formen (z. B. innere Hohlräume und unebene Oberflächen) zu arbeiten, und die Materialausnutzungsrate ist gering (nur 50 % bis 70 %).

Hauptunterschiede:

Materialzustand: Nach dem 3D-Druck müssen die pulvermetallurgischen Eigenschaften (z. B. Porosität) bearbeitet werden, und die Bearbeitung muss die Verformungsprobleme beheben, die bei der Anwendung von Schnittspannung auftreten.
Gestaltungsfreiheit: Der 3D-Druck ermöglicht das „nicht unterstützte Drucken“ komplizierter Strukturen, und die Nachbearbeitung muss nur sicherstellen, dass die lokale Leistung so gut wie möglich ist. Die Bearbeitung wird dadurch eingeschränkt, wie einfach es ist, Schneidwerkzeuge zu erhalten, und komplizierte Strukturen müssen nach der Bearbeitung auseinandergenommen und wieder zusammengesetzt werden.
2, Ablauf des Prozesses: Pfadtrennung von „Probleme beheben“ zu „Dinge genauer machen“
1. Post-Bearbeitung des Metall-3D-Drucks: Multi-kollaborative Optimierung
Bei der Nachbearbeitung von 3D-gedruckten Metallteilen gibt es normalerweise vier Hauptphasen:

Reinigen und Entfernen des Supports: Entfernen Sie die beim Drucken entstandene Supportstruktur und das restliche Pulver auf der Oberfläche durch Ultraschallreinigung. Beispielsweise muss nach dem Drucken von Flugzeugtriebwerksschaufeln der Titanlegierungsträger chemisch weggeätzt werden, damit er nicht mechanisch entfernt werden muss, was die Oberfläche beschädigen könnte.
Bei der Wärmebehandlung werden verbleibende Spannungen beseitigt und Materialien durch den Einsatz von Methoden wie Glühen und Abschrecken verbessert. Beispielsweise verwendete ein Zulieferer von Automobilteilen die T6-Wärmebehandlung an einer 3D-gedruckten Halterung aus Aluminiumlegierung, die sie durch eine Erhöhung der Zugfestigkeit von 320 MPa auf 380 MPa stärker und leichter machte.
Mit der mechanischen Präzisionsbearbeitung können Sie wesentliche Abmessungen (z. B. Dichtflächen und Passflächen) mit einer Genauigkeit von ± 0,01 mm CNC-fräsen oder schleifen. Ein Unternehmen, das medizinische Implantate herstellt, nutzte beispielsweise ein Fünf-Achsen-Verbindungsbearbeitungszentrum, um die Oberflächenrauheit von 3D-gedruckten Hüftpfannen aus Titanlegierung von Ra3,2 μm auf Ra0,8 μm zu senken, was den Standards für die Biokompatibilität von Implantaten entsprach.
Oberflächenbehandlung: Verwenden Sie Methoden wie Sandstrahlen, Galvanisieren, Eloxieren und andere, um die Oberfläche korrosionsbeständiger zu machen. Ein Schiffbauunternehmen nutzt die Mikrolichtbogenoxidationstechnologie, um einen dicken Oxidfilm auf der Oberfläche von 3D-gedruckten Ventilen aus Aluminiumlegierung zu erzeugen. Dadurch sind sie fünfmal beständiger gegen Korrosion im Meerwasser.
2. Traditionelle Bearbeitungsnachbearbeitung: gleichzeitige Verbesserung von Genauigkeit und Nutzen
Die Hauptziele der herkömmlichen Nachbearbeitung sind die Verbesserung von Genauigkeit und Funktionalität. Die Methode ist auch ganz einfach:

Entgraten und Anfasen: Verwenden Sie manuelle oder automatisierte Werkzeuge, um beim Schneiden verbleibende Grate zu entfernen. Dadurch wird verhindert, dass die Baugruppe beschädigt wird.
Oberflächenverstärkung: Härterung der Oberfläche durch den Einsatz von Methoden wie Walzen und Kugelstrahlen. Beispielsweise hat ein Unternehmen, das Zahnräder herstellt, Kugelstrahlen eingesetzt, um die Druckspannung auf der Oberfläche bearbeiteter Zahnräder um 30 % zu erhöhen und deren Ermüdungslebensdauer zu verdoppeln.
Bei der funktionellen Beschichtung handelt es sich um den Prozess, bei dem Teilen durch Methoden wie chemisches Beschichten und Galvanisieren bestimmte Eigenschaften verliehen werden. Beispielsweise verwendete ein Unternehmen, das elektronische Steckverbinder herstellt, ein chemisches Vernickelungsverfahren, um eine 0,5 μm dicke Nickelschicht auf maschinell bearbeiteten Kupferlegierungsanschlüssen zu erzeugen, was das Schweißen wesentlich zuverlässiger machte.
Hauptvergleich:

Prozesskomplexität: Die Nachbearbeitung des 3D-Drucks erfordert die Zusammenarbeit mehrerer Personen, und die Wärmebehandlungsparameter müssen basierend auf den Eigenschaften des Materials geändert werden. Der Standardisierungsgrad der Nachbearbeitungsverfahren für die Bearbeitung ist hoch, komplexe Strukturen erfordern jedoch möglicherweise mehrere Spannvorrichtungen.
Kostenstruktur: Die Kosten für die Nachbearbeitung des 3D-Drucks machen einen großen Teil der Gesamtkosten aus (bis zu 40 %), hauptsächlich aufgrund der Kosten für Wärmebehandlungsausrüstung und Präzisionsbearbeitung. Die Kosten für die Nachbearbeitung bei der maschinellen Bearbeitung sind gering (etwa 10–15 %), aber die Kosten für den Werkzeugverschleiß sind bei der Großserienfertigung hoch.
3, Anwendungsszenario: Übergang von „Anpassung mit hohem Mehrwert“ zu „Standardisierung in großem Maßstab“ in derselben Domäne
1. Nachbearbeitung des 3D-Metalldrucks: Konzentration auf erhöhte Schwellenwerte und wertvolle Szenarien.
Luft- und Raumfahrt: Ein bestimmtes Luft- und Raumfahrtunternehmen nutzt den 3D-Druck zur Herstellung von Motorbrennkammern. Um eine Materialdichte von 99,9 % zu erreichen, werden die inneren Poren durch eine Behandlung mit heißisostatischem Pressen (HIP) entfernt. Dies macht die Teile in Umgebungen mit hohem{{4}Druck und hoher-Temperatur zuverlässig.
Medizinische Implantate: Ein bestimmtes orthopädisches Unternehmen verwendet 3D--gedruckten künstlichen Knochen mit poröser Titanlegierungsstruktur, verbessert die Porenverbindung durch elektrolytische Polierbehandlung, fördert die Knochenzellproliferation und erhöht die klinische Erfolgsrate auf 98 %.
Komplexe Form: Ein bestimmter Zulieferer von Automobilinnenräumen hat den Spritzgusszyklus um 40 % verkürzt und die Produktausbeute auf 99,5 % gesteigert, indem er konforme Kühlkanalformen in 3D druckte und EDM (elektrische Entladungsbearbeitung) zur Verbesserung des Formhohlraums einsetzte.
2. Traditionelle maschinelle Nachbearbeitung: Führend in der groß angelegten und standardisierten Produktion
Automobilmotor: Eine bestimmte Fahrzeugfirma stellt wichtige Teile wie Zylinderblöcke und Kurbelwellen her, indem sie sie bearbeitet und sie dann durch Aufkohlen und Abschrecken behandelt, um die Oberfläche härter zu machen. Dadurch hält der Motor 200.000 Kilometer.
Unterhaltungselektronik: Ein Unternehmen, das Mobiltelefone herstellt, setzt CNC-Bearbeitung an Aluminiumlegierungsrahmen und eine Eloxierungsbehandlung ein, um ihnen ein farbenfrohes Aussehen zu verleihen. Sie können mehr als 5 Millionen Einheiten pro Monat herstellen.
General Machinery: Ein bestimmtes Ventilunternehmen stellt hochpräzise Kugelhähne her, indem es sie maschinell bearbeitet und anschließend mit einer starken Verchromung versieht, um sie verschleißfester zu machen. Diese Ventile halten mehr als 10 Jahre.
Trends auf dem Markt:

Integrierte Fertigung: Immer mehr Unternehmen nutzen eine Mischung aus „3D-Druck + Bearbeitung“. Beispielsweise stellt ein Anbieter von Luftfahrtteilen nahezu endgeformte Rohlinge mithilfe des 3D-Drucks her und nutzt dann die Bearbeitung, um die endgültige Präzision zu erreichen. Dadurch erhöht sich der Materialeinsatz auf 85 % und die Produktionszyklen werden um 60 % verkürzt.
Intelligentes Upgrade: KI-Algorithmen werden zur 3D-Druck-Nachbearbeitung hinzugefügt, um die Prozessparameter zu verbessern. Beispielsweise nutzte ein Unternehmen Modelle des maschinellen Lernens, um zu erraten, wie eine Wärmebehandlung die Form von etwas verändern würde, wodurch sich die Verarbeitungsqualifikationsrate von 82 % auf 95 % erhöhte.