Qual è la differenza tra la post-elaborazione della stampa 3D in metallo e la lavorazione tradizionale?

一, Principio tecnico: la differenza tra processi di produzione additiva e sottrattiva
La stampa 3D in metallo è un tipo di produzione additiva (AM) che costruisce oggetti tridimensionali- impilando strati di polveri metalliche (come leghe di titanio e acciaio inossidabile) o fili e sciogliendoli e solidificandoli con fonti di calore come laser e fasci di elettroni. Questa procedura non necessita di uno stampo e può trasformare subito un modello digitale in una cosa reale. Tuttavia, la superficie della parte stampata è ruvida (Ra6,3–12,5 μm) e all'interno potrebbero essere presenti stress residui o difetti di micropori che devono essere corretti per ottenere prestazioni migliori mediante la post-elaborazione.

La lavorazione tradizionale si basa sull’idea della produzione sottrattiva. Si inizia con una billetta interamente metallica e si utilizzano strumenti da taglio come tornitura, fresatura e foratura per rimuovere il materiale in eccesso fino a raggiungere la forma desiderata. Presenta i vantaggi di un'eccellente precisione di stampaggio (fino al livello IT5) e di una buona levigatezza della superficie (Ra0,1-0,4 μm), ma è difficile lavorare con forme complesse (come cavità interne e superfici irregolari) e il tasso di utilizzo del materiale è basso (solo dal 50% al 70%).

Differenze principali:

Stato del materiale: dopo la stampa 3D, è necessario lavorare sulle qualità metallurgiche delle polveri (come la porosità) e la lavorazione deve risolvere i problemi di deformazione che si verificano quando viene applicato lo stress da taglio.
Libertà di progettazione: la stampa 3D può eseguire la "stampa non supportata" di strutture complesse e la post-elaborazione deve solo garantire che le prestazioni locali siano le migliori possibili; La lavorazione è limitata dalla facilità con cui è possibile ottenere utensili da taglio e le strutture complicate devono essere smontate e rimontate dopo la lavorazione.
2. Flusso del processo: separazione del percorso dal "risolvere i problemi" al "rendere le cose più precise"
1. Post-elaborazione della stampa 3D in metallo: ottimizzazione collaborativa multi-link
Solitamente ci sono quattro fasi principali nella post-lavorazione delle parti metalliche stampate in 3D:

Pulizia e rimozione del supporto: Eliminare la struttura di supporto creata durante la stampa e la polvere rimasta sulla superficie utilizzando la pulizia ad ultrasuoni. Ad esempio, dopo aver stampato le pale di un motore aeronautico, il supporto in lega di titanio deve essere rimosso chimicamente in modo che non debba essere rimosso meccanicamente, cosa che potrebbe danneggiare la superficie.
Il trattamento termico è il processo che elimina lo stress residuo e migliora i materiali utilizzando metodi come la ricottura e la tempra. Ad esempio, un fornitore di componenti automobilistici ha utilizzato il trattamento termico T6 su una staffa in lega di alluminio stampata in 3D-, che l'ha resa più resistente e leggera aumentandone la resistenza alla trazione da 320 MPa a 380 MPa.
Con la lavorazione meccanica di precisione, è possibile fresare o rettificare con CNC le dimensioni essenziali (come superfici di tenuta e superfici di accoppiamento) entro ± 0,01 mm. Ad esempio, un'azienda che produce impianti medici ha utilizzato un centro di lavoro con collegamento a cinque assi per ridurre la ruvidità superficiale delle coppe acetabolari in lega di titanio stampate in 3D da Ra3,2 μm a Ra0,8 μm, che soddisfacevano gli standard di biocompatibilità degli impianti.
Trattamento superficiale: utilizzare metodi come sabbiatura, galvanica, anodizzazione e altri per rendere la superficie più resistente alla corrosione. Una società di ingegneria marittima utilizza la tecnologia di ossidazione del microarco per creare uno spesso film di ossido sulla superficie delle valvole in lega di alluminio stampate in 3D. Ciò li rende cinque volte più resistenti alla corrosione dell’acqua di mare.
2. Post-elaborazione della lavorazione tradizionale: miglioramento sia della precisione che dell'utilità allo stesso tempo
Gli obiettivi principali della lavorazione tradizionale post-sono migliorare la precisione e la funzionalità. Anche il metodo è abbastanza semplice:

Sbavatura e smussatura: utilizzare strumenti manuali o automatizzati per eliminare le bave rimaste durante il taglio. Ciò eviterà che il gruppo venga danneggiato.
Rafforzamento della superficie: rendere la superficie più dura utilizzando metodi come la laminazione e la granigliatura. Ad esempio, un'azienda che produce ingranaggi ha utilizzato la pallinatura per aumentare del 30% lo stress di compressione sulla superficie degli ingranaggi lavorati e raddoppiarne la durata a fatica.
Il rivestimento funzionale è il processo che conferisce alle parti determinate qualità attraverso metodi come la placcatura chimica e la galvanica. Ad esempio, un’azienda che produce connettori elettronici ha utilizzato un metodo di nichelatura chimica per creare uno strato di nichel spesso 0,5 μm su terminali in lega di rame lavorati, rendendo la saldatura molto più affidabile.
Confronto principale:

Complessità del processo: la post-elaborazione della stampa 3D-richiede la collaborazione tra più collegamenti e i parametri del trattamento termico devono essere modificati in base alle proprietà del materiale. Il livello di standardizzazione delle procedure di post-lavorazione è elevato, ma le strutture complesse potrebbero richiedere più morsetti.
Struttura dei costi: il costo della post-stampa 3D rappresenta una parte importante del costo totale (fino al 40%), principalmente a causa del costo delle apparecchiature per il trattamento termico e della lavorazione meccanica di precisione. Il costo della post-elaborazione nella lavorazione meccanica è basso (circa il 10%–15%), ma il costo dell'usura degli utensili è elevato nella produzione su larga-scala.
3, Scenario applicativo: passaggio dalla "personalizzazione-ad alto valore aggiunto" alla "standardizzazione-su larga scala" nello stesso dominio
1. Post-elaborazione della stampa 3D in metallo: concentrazione su soglie elevate e scenari preziosi.
Aerospaziale: una certa azienda aerospaziale utilizza la stampa 3D per realizzare camere di combustione dei motori. Per ottenere una densità del materiale del 99,9%, eliminano i pori interni trattandoli con pressatura isostatica a caldo (HIP). Ciò rende le parti affidabili in ambienti ad alta-pressione e ad alta-temperatura.
Impianti medici: una particolare azienda ortopedica utilizza osso artificiale con struttura porosa in lega di titanio stampata in 3D-, migliora la connessione dei pori attraverso un trattamento di lucidatura elettrolitica, incoraggia la proliferazione delle cellule ossee e aumenta il tasso di successo clinico al 98%.
Stampo complesso: un certo fornitore di interni di automobili ha ridotto il ciclo di stampaggio a iniezione del 40% e aumentato la resa del prodotto al 99,5% stampando in 3D stampi con canali di raffreddamento conformati e utilizzando l'EDM (lavorazione per scarica elettrica) per migliorare la cavità dello stampo.
2. Post-lavorazione tradizionale: produzione leader su larga-scala e standardizzata
Motore automobilistico: una certa azienda automobilistica produce parti importanti come blocchi cilindri e alberi a gomiti lavorandoli e poi trattandoli con cementazione e tempra per rendere la superficie più dura. Ciò fa sì che il motore duri 200.000 chilometri.
Elettronica di consumo: un'azienda che produce telefoni cellulari utilizza la lavorazione CNC su telai in lega di alluminio e un trattamento di anodizzazione per conferire loro un aspetto colorato. Possono produrre più di 5 milioni di unità al mese.
Macchinari generali: una certa azienda produttrice di valvole produce valvole a sfera ad alta-precisione lavorandole e aggiungendo una forte cromatura per renderle più resistenti all'usura. Queste valvole durano più di 10 anni.
Tendenze del mercato:

Produzione integrata: sempre più aziende utilizzano una combinazione di “stampa 3D+lavorazione meccanica”. Ad esempio, un fornitore di componenti per l'aviazione realizza pezzi grezzi quasi-netti utilizzando la stampa 3D e quindi utilizza la lavorazione meccanica per ottenere la precisione finale. Ciò aumenta l’utilizzo dei materiali dell’85% e riduce i cicli produttivi del 60%.
Aggiornamento intelligente: gli algoritmi AI vengono aggiunti alla post-elaborazione della stampa 3D per migliorare i parametri di processo. Ad esempio, un’azienda ha utilizzato modelli di apprendimento automatico per indovinare come il trattamento termico avrebbe cambiato la forma di qualcosa, il che ha aumentato il tasso di qualificazione della lavorazione dall’82% al 95%.