Zahtijevaju li svi metalni 3D ispisani dijelovi toplinski obrađeni?

1. Glavni zadatak toplinske obrade je riješiti se nedostataka i učiniti da stvari bolje funkcioniraju.
Postupci grijanja, izolacije i hlađenja mogu toplinskom obradom uvelike poboljšati mikrostrukturu metalnih 3D tiskanih dijelova. Zbog toga dijelovi općenito bolje rade.
Uklanjanje zaostalog naprezanja: Neravnomjerno hlađenje i skrućivanje tijekom ispisa može lako uzrokovati zaostalo naprezanje unutar dijelova, što može uzrokovati njihovo savijanje ili pucanje. Polagano hlađenje tijekom procesa žarenja može pomoći u smanjenju stresa. Nakon žarenja, na primjer, stopa smanjenja naprezanja konstrukcijskih dijelova zrakoplovstva može biti veća od 80%.
Poboljšanje mehaničkih svojstava: Kaljenje i kaljenje zajedno mogu učiniti stvari mnogo tvrđim i jačim. Na primjer, nakon kaljenja, nehrđajući čelik 316L je 30% tvrđi i otporniji na habanje, što ga čini dobrim za mehaničke dijelove koji moraju nositi veliku težinu.
Pročišćavanje zrna: Proces usmjerene rekristalizacije upravlja toplinskim gradijentom kako bi se sićušna zrnca spojila u stupčaste kristale. Time je materijal bolje otporan na puzanje pri visokim temperaturama. Istraživanje MIT-a pokazuje da nakon tretmana usmjerene rekristalizacije, veličina zrna visokotemperaturnih legura na bazi nikla-na-raste za nekoliko redova veličine, a vijek puzanja traje mnogo dulje.
Tretman za zgušnjavanje: Vruće izostatičko prešanje (HIP) uklanja unutarnje pore korištenjem visoke temperature i visokog tlaka. To čini gustoću materijala gotovo 100%. Na primjer, obrada HIP-om povećala je životni vijek turbinskih diskova u motorima zrakoplova od niskog ciklusa zamora s 5000 ciklusa na 20000 ciklusa.
2. Situacije bez toplinske obrade: poboljšanje karakteristika materijala i procesa
Iako toplinska obrada ima puno prednosti, komponente se mogu upotrijebiti odmah bez dodatnog rada u sljedećim situacijama:
Dijelovi koji ne trebaju puno naprezanja: Ako je struktura dijela osnovna, veličina je skromna i ne mari za zaostalo naprezanje, ne morate ga žariti. Na primjer, manji ukrasni ili ne{1}}nosivi-strukturalni dijelovi vjerojatno se neće iskriviti i toplinska obrada nije vrijedna novca.
Različite kombinacije materijala i procesa: Neki materijali su stvorili savršene mikrostrukture tijekom ispisa. Na primjer, tehnika selektivnog taljenja elektronskim snopom (EBSM) hladi se sporije, što znači da tiskani dijelovi od legure titana (Ti6Al4V) ne postaju tako grubi, što je dobro za medicinske implantate jer moraju biti biokompatibilni.
Scenarij za obraćanje pozornosti na kvalitetu površine: Ako dio treba biti vrlo gladak, toplinska obrada može uzrokovati njegovu oksidaciju ili promjenu oblika. U ovom trenutku toplinska obrada može se zamijeniti metodama površinske obrade uključujući kemijsko poliranje i lasersko poliranje. Nakon elektrokemijskog poliranja, površinska hrapavost implantata od porozne legure titana pada sa 6–12 μm na 0,2–1 μm bez potrebe za dodatnom toplinskom obradom.
Provjera brze izrade prototipa: Toplinska obrada može produljiti razvojni ciklus u fazi dizajna proizvoda. Na primjer, integrirana fleksibilna šarka u području potrošačke elektronike zahtijeva brzu izradu dijelova prototipa, a izravno korištenje tiskanih dijelova može ubrzati postupak provjere.
3. Okvir za donošenje odluka: pronalaženje prave ravnoteže između učinka, troškova i učinkovitosti
Potreban je temeljit pregled sljedećih varijabli kako bi se odlučilo treba li provesti toplinsku obradu ili ne:
Funkcionalni zahtjevi: Zračni i svemirski dijelovi moraju moći podnijeti ogromne temperature i naprezanja, zbog čega je toplinska obrada važna.
Medicinski implantati moraju biti jaki i sigurni za tijelo, a žarenje ili tretman HIP-a može im pomoći da bolje rade.
Ako je jedino važno kako umjetničke skulpture ili izložbeni komadi izgledaju, toplinsku obradu možete preskočiti kako biste uštedjeli novac.
Visokotemperaturne-legure na bazi nikla vjerojatno će popucati, stoga im je potrebna čvrsta otopina i postupak starenja kako bi postale čvršće.
Dijelovi izrađeni od aluminijske legure (kao što je AlSi10Mg) sadrže mikroskopska zrnca, što ih odmah čini laganima.
Vrsta postupka: Proces taljenja u sloju praha (PBF) potrebno je žariti jer se brzo hladi i ostavlja mnogo napetosti.
Budući da ima visok unos topline i nisku razinu stresa, tehnika usmjerenog taloženja energije (DED) smanjuje potrebu za toplinskom obradom.
Ograničenja troškova: HIP oprema skupa je za kupnju i korištenje, što je malim i srednjim-poduzećima otežava priuštiti. Moraju pronaći kompromis između učinka i cijene.
Toplinska obrada kompliciranih strukturnih komponenti može uzrokovati promjenu oblika. Kako bi se to izbjeglo, optimizacija simulacije trebala bi se koristiti kao podrška dizajnu i povećanje troškova istraživanja i razvoja.