一, Tecnologia di post-elaborazione principale e scomposizione del tempo necessario
Esistono cinque fasi principali nella post-lavorazione della stampa 3D in metallo: rimozione della polvere, riduzione dello stress, riscaldamento, lavorazione meccanica e trattamento della superficie. La quantità di tempo necessaria per ogni passaggio è in gran parte legata alla scelta del processo.
1. Eliminare la polvere e separare le parti: semplice ma richiede molto tempo
Dopo che i pezzi di metallo sono stati realizzati nel sistema di fusione del letto di polvere, la polvere sepolta deve essere estratta e setacciata in modo che possa essere riutilizzata. La pulizia manuale di parti minori richiede da 1 a 2 ore, mentre la pulizia di parti strutturali di grandi dimensioni, come le pale dei motori degli aerei, richiede da 3 a 5 ore e richiede speciali apparecchiature di aspirazione e screening delle vibrazioni. Il taglio con scarica elettrica a filo è il metodo più comune per separare le parti, tuttavia possono essere necessarie dalle 4 alle 8 ore per pezzo per tagliare e posizionare componenti strutturali complessi come i canali di flusso interni. Il taglio con sega a nastro è rapido (da 10 a 30 minuti per pezzo), ma funziona solo per disegni geometrici semplici e può facilmente indurre l'indurimento del materiale.
2. Riduzione dello stress e trattamento termico: importanti per garantire le prestazioni
Se la tensione all'interno del metallo strato dopo strato non viene alleviata, le parti si piegheranno o addirittura si romperanno. Un metodo comune consiste nell'utilizzare un forno a vuoto per ricotturare parti in lega di titanio. Devono essere mantenuti a 650 gradi per 4 ore, quindi raffreddati a temperatura ambiente per 6–8 ore, per un tempo di ciclo totale di oltre 10 ore. Le parti in lega ad alta-temperatura, invece, devono essere riscaldate a 1200 gradi, mantenute per 6 ore e raffreddate per oltre 12 ore. La pressatura isostatica a caldo (HIP) può eliminare sia i pori che lo stress allo stesso tempo, ma l'attrezzatura è costosa e ogni ciclo di lavorazione (che include l'aumento e l'abbassamento della temperatura) richiede dalle 8 alle 16 ore.
3. Lavorazione meccanica e trattamento superficiale: un doppio obiettivo di precisione e utilità
Possono essere necessarie dalle 20 alle 40 ore per lavorare con precisione superfici complesse come i canali di flusso delle pale di una turbina utilizzando un centro di lavoro con collegamento a cinque-assi. Potrebbero essere necessarie dalle 5 alle 10 ore in più per elaborare caratteristiche come fori filettati e superfici di accoppiamento. La sabbiatura può rendere rapidamente una superficie più liscia (Ra inferiore o uguale a 3,2 μ m) e per un pezzo sono necessarie solo 0,5–2 ore. La lucidatura chimica può far sembrare una superficie uno specchio (Ra inferiore o uguale a 0,2 μ m), ma richiede dalle 12 alle 24 ore e diversi passaggi (rimozione dell'olio, lavaggio con acido e passivazione). La corrispondenza dei colori, i test e le prove di spessore sono tutti necessari per l'anodizzazione (lega di alluminio) o la passivazione (acciaio inossidabile) e altri trattamenti anti-corrosione. Questo processo richiede da 1 a 3 giorni per articolo.
2, Esempio industriale: varie situazioni presentano diverse discrepanze temporali
1. Nel campo aerospaziale, i cicli estesi sono causati da prestazioni estreme.
La tecnologia SLM viene utilizzata per stampare il telaio del serbatoio del carburante per uno specifico motore a razzo. Il processo di post-elaborazione dura 94 ore (circa 4 giorni) e prevede il trattamento HIP (16 ore), la lavorazione CNC (30 ore) e l'anodizzazione (48 ore). La sua percentuale elevata è dovuta al fatto che le situazioni difficili hanno standard molto severi per la durata a fatica (il che significa che l'HIP deve essere migliore del 300%) e l'integrità della superficie (il che significa che i test in nebbia salina devono essere eseguiti per oltre 1000 ore).
2. Campo degli impianti medici: la biocompatibilità è la cosa più importante
Il processo di post-elaborazione per impianti articolari dell'anca in lega di titanio personalizzati richiede un totale di 44 ore (circa 2 giorni). Implica la ricottura sotto vuoto (12 ore), la lucidatura (8 ore) e l'imballaggio sterile (24 ore). Anche se il periodo è breve, la rugosità superficiale deve essere rigorosamente regolata (Ra <0,1 μm) per ridurre al minimo gli effetti di protezione dallo stress del tessuto osseo. Sono inoltre necessari test di biocompatibilità (norma ISO 10993) per allungare il ciclo.
3. Nel mondo dell’elettronica di consumo, la produzione di massa riduce il tempo necessario per realizzare un articolo.
Utilizzando la tecnologia BJ, viene stampato lo scorrimento della cerniera del telefono cellulare con schermo pieghevole. Le fasi di post-elaborazione richiedono un totale di 13 ore: trattamento termico (8 ore), sabbiatura (1 ora) e rivestimento superficiale (4 ore). A causa della grande produzione (più di 10.000 pezzi per lotto), le linee di produzione automatizzate (come la lucidatura robotizzata) hanno ridotto il tempo necessario per assegnare ciascun pezzo a meno di mezz’ora, un tempo molto più breve rispetto all’industria aerospaziale.
3, Tendenza tecnologica: intelligenza e automazione accorciano il ciclo
1. L'innovazione dei processi riduce la necessità di post-elaborazione
La tecnologia di stampa senza supervisione (come la stampa ad area e la verniciatura a polvere su entrambi i lati) può ridurre la quantità di strutture di supporto dal 40% al 60%, riducendo il tempo necessario per rimuovere il supporto da diverse ore a 0,5-1 ora. La tecnologia di trattamento termico in situ combina il processo di ricottura con le apparecchiature di stampa, il che consente di risparmiare tempo per il trasferimento delle parti e il caricamento del forno e accorcia il ciclo di oltre il 30%.
2. L'aggiornamento delle apparecchiature rende l'elaborazione più rapida
Il robot di lucidatura basato sull'AI- può adattare la propria lavorazione in base al controllo del feedback di forza, riducendo il tempo necessario per lucidare un singolo pezzo da 2 ore a 0,5 ore. Il centro di lavoro con collegamento a cinque-assi è dotato di un sistema di rilevamento online in grado di correggere il percorso utensile in tempo reale, riducendo il tasso di rilavorazione e aumentando del 50% l'efficienza della lavorazione di superfici complesse.
3. Il processo di collaborazione per migliorare la filiera industriale
Le apparecchiature integrate per la lavorazione del trattamento termico di stampa, come il sistema M400-4 di EOS dalla Germania, combinano tutti i passaggi successivi alla stampa in un'unica piattaforma. Ciò riduce il tempo necessario per spostare e bloccare le parti e abbrevia i cicli di produzione del 40%. Il database dei processi basato sul cloud- utilizza algoritmi AI per suggerire la migliore combinazione di parametri, riducendo da giorni a ore il tempo necessario per elaborare soluzioni di post-elaborazione per le nuove parti.