Qual è lo scopo principale della post-elaborazione per la stampa 3D in metallo?

1. Eliminare i difetti di produzione: assicurarsi che gli articoli soddisfino i criteri di qualità
Poiché la stampa 3D in metallo crea strati, ci saranno sempre dei difetti sulla superficie e all’interno dell’oggetto. Se questi problemi non vengono risolti, influenzeranno direttamente il funzionamento delle parti e la loro durata.

Correzione dei difetti superficiali
Le parti stampate presentano spesso problemi sulle superfici, come linee di livello, bave e supporto residuo. Ad esempio, la rugosità superficiale delle parti stampate in lega di alluminio può raggiungere Ra10–20 μm, che è sostanzialmente maggiore del Ra1,6 μm della lavorazione tradizionale. I metodi di trattamento della superficie, tra cui sabbiatura, lucidatura e molatura, possono rendere la superficie molto più liscia. Ad esempio, dopo la sabbiatura, la rugosità superficiale di una pala di un motore aeronautico è passata da Ra15 μm a Ra3,2 μm. Ciò ha eliminato le microfessure superficiali e ha impedito che si verificassero fratture da fatica a causa della concentrazione dello stress.
Eliminare i difetti interni
Quando il metallo viene stampato in 3D, può presentare difetti interni come pori e crepe se la polvere non si fonde completamente o il gas non esce abbastanza rapidamente. La tecnologia di pressatura isostatica a caldo (HIP) utilizza un ambiente ad alta-temperatura e-pressione (tipicamente 1000-1200 gradi e 100-200 MPa) per modificare la forma dei materiali, chiudere i pori interni e aumentare la densità dal 98% a oltre il 99,9%. Dopo che una certa azienda di dispositivi medici ha utilizzato la lavorazione HIP per stampare in 3D protesi articolari dell'anca in lega di titanio, la durata a fatica è passata da 10 ⁶ volte a 10 ⁷ volte, rispettando gli standard internazionali.
2. Migliorare le prestazioni dei materiali: assicurarsi che possano sopportare circostanze lavorative difficili
La microstruttura delle parti metalliche stampate in 3D è diversa da quella degli articoli realizzati in passato ed è necessaria la post-elaborazione per farle funzionare complessivamente meglio.

Alleviare lo stress residuo
Quando la stampa 3D in metallo si riscalda e si raffredda rapidamente, lascia dietro di sé uno stress residuo. Lo stress residuo può essere compreso tra il 50% e il 70% del carico di snervamento delle parti stampate in acciaio inossidabile, il che può facilmente portarle a piegarsi o frantumarsi. Mantenere qualcosa a 500–700 gradi per 2–4 ore e poi lasciarlo raffreddare lentamente è un esempio di procedura di ricottura che può ridurre lo stress residuo di oltre l'80%. Una certa azienda che produce componenti per automobili ha aumentato la durata dell'acciaio per stampi stampato in 3D-da 50.000 a 200.000 volte dopo averlo ricotto. Inoltre riducono la deformazione del 90%.
Regolazione della struttura organizzativa
La struttura cristallina colonnare dei materiali stampati provoca anisotropia, che rende le prestazioni meno costanti. L'estinzione e il rinvenimento possono ridurre la dimensione del grano e creare una struttura martensitica coerente. Dopo la tempra (raffreddamento in acqua a 1050 gradi) e il rinvenimento (raffreddamento in aria a 650 gradi), la resistenza alla trazione dell'acciaio inossidabile 316L è passata da 680 MPa a 920 MPa e l'allungamento è passato dal 40% al 25%. Tuttavia, l’isotropia è migliorata molto, ed è ciò di cui hanno bisogno i componenti strutturali aerospaziali.
Migliorare le prestazioni della superficie
Le parti possono essere rese più resistenti alla corrosione e all'usura utilizzando trattamenti superficiali tra cui galvanica, placcatura chimica, anodizzazione e altri. Una certa società di ingegneria marittima utilizza la tecnica della placcatura chimica al nichel-fosforo per trattare le valvole in acciaio inossidabile stampate in 3D-. Ciò li rende resistenti alla corrosione da nebbia salina per 2000 ore invece delle sole 240 ore, che è ciò che è necessario per le operazioni in acque profonde-.
3. Miglioramento della precisione dimensionale: rispetto di precisi standard di assemblaggio
La precisione dimensionale della stampa 3D in metallo è in genere ± 0,1-0,5 mm, il che rende difficile soddisfare le esigenze di assemblaggio ad alta-precisione. La post-elaborazione utilizza metodi come la lavorazione meccanica e il taglio a filo per far sì che le cose si adattino perfettamente.

Abbinamento alla lavorazione delle superfici
Per le superfici che devono adattarsi ad altre parti, come fori, alberi e piani, è necessario utilizzare tecniche come la fresatura e la molatura per ottenere le giuste dimensioni di progettazione. Una certa azienda aerospaziale utilizza un centro di lavoro con collegamenti a cinque-assi per elaborare con precisione staffe in lega di titanio-stampate in 3D. Ciò mantiene la tolleranza dimensionale della superficie di accoppiamento tra ± 0,3 mm e ± 0,02 mm, assicurando che le staffe si adattino perfettamente al sistema motore.
Discussioni di fissaggio
La stampa dei fili potrebbe presentare difficoltà, tra cui profili dei denti mancanti ed errori di passo. La fresatura o la rullatura della filettatura può migliorare la precisione della filettatura. Una certa azienda di apparecchiature mediche utilizza la tecnologia di rullatura del filo per lavorare con chiodi ossei in acciaio inossidabile stampati in 3D. La precisione della filettatura è al livello di 6 g (standard ISO) e l'intervallo di fluttuazione della coppia quando accoppiato con placche ossee scende da ± 15% a ± 5%.
4. Rispetta gli standard di settore: ottieni la certificazione
In settori come quello sanitario e aeronautico, esistono standard elevati per la qualità dei componenti. La post-elaborazione è un passo importante verso il raggiungimento di questi standard.

campo sanitario
La FDA afferma che gli impianti devono avere una ruvidità superficiale di Ra < 0,8 μm e non lasciare sostanze pericolose. Un’azienda ha utilizzato la lucidatura elettrolitica per stampare in 3D protesi articolari in lega di cobalto-cromo. Ciò ha reso la superficie meno ruvida (Ra0,4 μm) e ha eliminato eventuali ioni di nichel rimasti sulla superficie. Le protesi hanno superato anche i test di biocompatibilità.
industria aeronautica
I requisiti della NASA dicono che le parti strutturali importanti devono durare almeno 10 volte più a lungo del normale. Un'azienda ha utilizzato la tecnologia composita HIP+trattamento termico per realizzare un disco di turbina in lega ad alta temperatura-stampato in 3D a base di nichel-. Il disco è durato 1,2 × 10 ⁷ cicli e ha superato i test di aeronavigabilità.
5. Riduzione dei costi complessivi: trovare il giusto equilibrio tra prestazioni e costi
La post-elaborazione aggiunge ulteriori passaggi, ma alla fine riduce i costi facendo funzionare meglio le parti e diminuendo la quantità di scarti.

Riduci i costi di rilavorazione
Dopo aver utilizzato la tecnologia di stampa 3D e trattamento termico, un'azienda specifica che produce stampi per automobili ha aumentato il-tasso di passaggio degli stampi dal 60% al 95% e ha ridotto del 70% i costi di rilavorazione dovuti a deformazioni e crepe.
Allungare la vita del servizio
Un particolare settore energetico ha corpi di pompa in acciaio inossidabile stampati in 3D utilizzando un trattamento di nitrurazione superficiale. Ciò li ha resi tre volte più resistenti all'usura, ha allungato i cicli di manutenzione da tre mesi a dodici mesi e ha ridotto le spese annuali di manutenzione del 60%.