Campi diversi hanno le stesse esigenze per la finitura delle stampe 3D in metallo?

1. Aerospaziale: le migliori prestazioni e la capacità di adattarsi ad ambienti estremi
Il settore aeronautico ha standard molto severi per le parti metalliche stampate in 3D. In breve, queste parti devono essere resistenti, in grado di resistere alle alte temperature, affidabili e leggere. Ad esempio, le pale delle turbine dei motori degli aerei devono funzionare a temperature superiori a 1000 gradi e sostenere forze centrifughe di decine di migliaia di giri al minuto. Inoltre devono essere dal 30% al 50% più leggeri rispetto alle fusioni standard. Questo ambiente di lavoro molto difficile impone tre esigenze principali alla post-elaborazione:

Controllo della microstruttura: utilizzo della pressatura isostatica a caldo (HIP) per eliminare i pori interni e ottenere una densità del materiale vicina al 100%. Una certa azienda aeronautica utilizza pale in lega di titanio stampate in 3D trattate HIP-. Queste lame durano cinque volte di più rispetto alle parti non trattate e sono resistenti al 92% rispetto alle parti forgiate.
Eliminazione dello stress residuo: lo stress residuo derivante dal processo di fusione selettiva laser (SLM) può raggiungere il 60% del limite di snervamento del materiale. La ricottura da stress (mantenimento a 550 gradi per 4 ore) è necessaria per ridurre il livello di stress a un livello di sicurezza. Dopo questo trattamento, la struttura portante-di una determinata astronave era in grado di cambiare forma da 3,2 mm a 0,1 mm.
Controllo dell'integrità della superficie: la lucidatura elettrolitica riduce la ruvidità della superficie da Ra12,5 μm a Ra0,4 μm e crea uno strato di passivazione dello spessore di 1–2 μm. Ciò fa sì che il test in nebbia salina duri da 200 a 2000 ore e rende il prodotto sicuro per l'uso in ambienti marini.
2, Impianti medici: biocompatibilità e personalizzazione individualizzata
Il settore medico ha bisogno di parti metalliche stampate in 3D che siano sicure per gli esseri viventi e possano essere utilizzate in molti modi diversi. Il problema principale è assicurarsi che la "funzione della struttura materiale" corrisponda tre volte. Ad esempio, la protesi personalizzata dell'articolazione dell'anca deve soddisfare i seguenti parametri per la post-elaborazione:

Attivazione biologica superficiale: uno strato di ossido poroso spesso 20 μm viene generato sulla superficie della lega di titanio mediante ossidazione tramite microarco. La porosità è mantenuta tra il 30% e il 40% e la dimensione dei pori è compresa tra 50 e 100 μm, che è simile alla struttura delle trabecole ossee umane. Un'indagine clinica ha dimostrato che questo trattamento superficiale può aumentare il ritmo di integrazione ossea del 40%, raggiungendo un tasso di stabilità della protesi del 98,7% sei mesi dopo l'-intervento chirurgico.
Trattamento che non utilizza magneti: affinché la risonanza magnetica nucleare funzioni, il magnetismo residuo del materiale deve essere inferiore a 5 nT e la differenza nell'orientamento del dominio magnetico che si verifica durante la stampa deve essere rimossa attraverso un trattamento con soluzione solida (isolamento a 850 gradi per 2 ore e tempra in acqua). Dopo questa terapia, la regione degli artefatti dell'immagine causati da uno stent cardiaco specifico in una macchina per risonanza magnetica 3T si è ridotta dell'82%.
Controllo dimensionale esclusivo per te: un centro di lavoro con collegamento a cinque-assi rettifica la superficie del giunto con una precisione dimensionale di ± 0,02 mm. Utilizzando il reverse engineering per scansionare i dati TC del paziente, la stampa 3D e la lavorazione di precisione CNC, un impianto personalizzato per la riparazione del cranio si adatta al 99,3% del sito del difetto.
3. Costruire automobili: bilanciare peso e costi
Nel settore automobilistico esiste un bisogno “polarizzato” di parti metalliche stampate in 3D. I modelli-di fascia alta desiderano le migliori prestazioni, mentre i modelli-a basso costo desiderano contenere i costi. Questo requisito unico sta spingendo la tecnologia di post-elaborazione a cambiare in due modi:

Elaborazione di componenti ad alte-prestazioni: l'involucro del motore di un veicolo di nuova energia è costruito in lega di alluminio stampata in 3D. Il trattamento termico T6 (soluzione solida 530 gradi + invecchiamento artificiale 170 gradi) aumenta la resistenza alla trazione da 280 MPa a 380 MPa. Anche la conduttività termica è stata migliorata da 120 W/(m · K) a 180 W/(m · K) per soddisfare le esigenze dei moduli IGBT per la dissipazione del calore.
Elaborazione di componenti economici: un modello economico specifico utilizza staffe in acciaio inossidabile stampate in 3D, con rugosità superficiale ridotta da Ra10 μm a Ra3,2 μm tramite trattamento di sabbiatura utilizzando particelle di sabbia Al2O3 di 80 mesh. Allo stesso tempo, viene creato uno strato di sollecitazione di compressione spesso 0,5 μm, che estende la durata a fatica da 50.000 a 200.000 cicli, soddisfacendo i criteri di utilizzo di 10 anni.
Ottimizzazione della produzione in batch: un dispositivo SLM con testa multi-laser stampa un corpo valvola di trasmissione specifico e un interferometro laser online controlla la qualità del collegamento tra gli strati in tempo reale. Con l'aiuto del trattamento di pallinatura automatizzato (sfere di vetro, dimensione delle particelle 220 mesh), il tempo di post-lavorazione per un pezzo viene ridotto da 45 minuti a 12 minuti, tempo sufficiente per produrre 500.000 pezzi all'anno.
4. Apparecchiature energetiche: garanzia di lunga durata e resistenza alla corrosione
Le parti metalliche stampate in 3D devono essere in grado di sopportare condizioni molto difficili, come alte temperature, alte pressioni e corrosione significativa. Questo è vero nei settori dell’energia nucleare, petrolchimica e altri. Una specifica valvola sottomarina per gas e petrolio è costruita con una lega a base di nichel-stampata in 3D. Il suo sistema di post-elaborazione include:

Pulizia utilizzando fluidi supercritici: utilizzando CO2 liquida per eliminare la polvere rimanente nel canale di flusso interno, questo metodo è otto volte più efficace della tipica pulizia a ultrasuoni e la dimensione delle particelle rimanenti viene mantenuta al di sotto di 10 μm.
Trattamento termico a gradiente: mediante tempra segmentata (tempra in acqua a 1050 gradi + 760 tempra in olio di gradi), sulla superficie del materiale si forma uno strato martensitico spesso 1 mm, mentre la struttura austenite viene mantenuta nel nucleo. Ciò fa sì che la resistenza agli urti della valvola passi da 20 J a 120 J in condizioni di bassa temperatura di -46 gradi.
Tecnologia di rivestimento composito: in primo luogo, la spruzzatura al plasma crea uno strato ceramico Al2O3-13% TiO2 spesso 0,3 mm. Quindi, il rivestimento laser aggiunge uno strato di lega NiCrBSi spesso 0,1 mm. Ciò riduce il tasso di corrosione della valvola da 0,02 mm/anno a 0,001 mm/anno in una soluzione di NaCl al 5%.