Costul tratamentului termic pentru imprimarea 3D pe metal este mare?

一, Rolul principal al tratamentului termic în imprimarea 3D a metalului
Imprimarea 3D metalică face structuri complicate prin topirea pulberii de metal câte un strat, dar acest proces are trei mari probleme:
Stresul rezidual: încălzirea și răcirea rapidă cu un laser pot schimba forma rețelei, ceea ce poate cauza crăparea sau îndoirea pieselor.
Defecte organizaționale: solidificarea ne-echilibră creează caracteristici grosiere, cum ar fi cristalele columnare și dendrite, care fac materialele mai puțin rezistente.
Performanță neuniformă: interfețele slabe se pot forma cu ușurință la joncțiunile dintre straturi, ceea ce scurtează durata de viață a materialului.
Gestionând cu atenție câmpul de temperatură și procesul de tranziție de fază, tratamentul termic poate atinge trei obiective principale:
Reducerea stresului: Tratamentul de recoacere scapă de stresul rămas și face ca dimensiunile să fie mai stabile.
Optimizare organizațională: obținerea unei structuri cristaline echiaxiale uniformă și fină prin utilizarea soluției solide și a tratamentului de îmbătrânire.
Îmbunătățirea performanței: controlul formei etapelor de precipitare pentru a găsi un echilibru între rezistență și duritate.
De exemplu, tehnologia SLM a fost folosită pentru a face o lamă specifică de motor de aviație, care a fost apoi tratată cu o soluție la 1050 de grade și învechită la 550 de grade. Rezistența la tracțiune a crescut de la 850MPa la 1200MPa, iar durata de viață la oboseală a crescut de trei ori.
2, O privire multidimensională asupra defalcării costurilor tratamentului termic
1. Costul echipamentului: costul controlului precis
Pentru tratarea termică a obiectelor metalice imprimate 3D, aveți nevoie de instrumente speciale:
Un cuptor cu vid oprește metalele active precum aliajele de titan de la rugină. Costă de două până la trei ori mai mult decât un cuptor obișnuit.
Sistem de tratament termic cu laser: folosit pentru a schimba suprafața unei zone mici, iar echipamentul costă mai mult de 5 milioane de yuani.
Un sistem de control inteligent trebuie să includă măsurarea temperaturii în infraroșu, controlul atmosferei și alte module. Valoarea unui singur sistem este de peste un milion de yuani.
O anumită companie spune că deprecierea echipamentelor de tratament termic reprezintă 18% până la 25% din costul unitar, iar acest procent crește rapid pe măsură ce precizia echipamentului se îmbunătățește.
2. Costul energiei: temperaturile ridicate creează o gaură neagră-de consum de energie pe termen lung.
Setări normale pentru procesul de tratament termic:
Tratament cu soluție: 4 până la 6 ore de izolare la 1000-1050 grade
Timp de tratament: mențineți izolația la 160–180 de grade timp de 8–12 ore.
Recoacere de eliberare a stresului: Păstrați-o la 300–400 de grade timp de 2–4 ore.
De exemplu, este nevoie de 120–150 kWh de energie pentru a trata termic o bucată de Ti6Al4V care a fost realizată folosind SLM. Costul energiei este mai mare de 15% dacă utilizați un cuptor electric de încălzire. Dacă utilizați un cuptor de încălzire cu gaz, veți economisi 40% din costurile cu energia, dar va trebui să cheltuiți mai mult pe echipamente pentru curățarea gazelor de eșapament.
3. Costul materialului: Jocul eficienței de reciclare a pulberii
Tratamentul termic poate duce la pierderi de material:
Arsura prin oxidare: Când metalul este încălzit la temperaturi ridicate, pe suprafața sa apare pielea de oxidare. Rata pierderilor este de 0,5% până la 1,2%.
Pierderea substanțelor volatile: Metalele cu puncte de fierbere scăzute, precum aliajele de magneziu, se evaporă la temperaturi ridicate, pierzând mai mult de 2% din greutatea lor.
Structura de susținere: Proiectarea pieselor interne complexe ale canalului de curgere cu suporturi detașabile crește rata de deșeuri de material cu 5% până la 8%.
Sistemul de reciclare a pulberii poate crește rata de utilizare la 92%–95%, cu toate acestea, problema pierderii eficacității pulberii reciclate trebuie încă rezolvată. Un studiu a constatat că, după trei utilizări, concentrația de oxigen a pulberii de Ti6Al4V a crescut cu 0,03%, ceea ce a făcut ca rezistența la oboseală a componentelor să scadă cu 12%.
4. Costul timpului: lanțul de proces are un blocaj de eficiență
Un ciclu tipic de tratament termic arată astfel:
Înainte de tratament: curățare, fără suport, sablare (2-4 ore)
Încălzirea, izolarea și răcirea (8 până la 24 de ore) sunt toate parte a tratamentului termic.
Post-procesare: tăierea firului, lustruirea lui și testarea lui (3–6 ore)
O anumită firmă de piese auto spune că procedura de tratament termic reprezintă 60% până la 70% din întregul ciclu de producție de imprimare 3D. Acesta este un motiv major pentru care livrările sunt lente.
3, Calea tehnică pentru reducerea costurilor
1. Schimbați modul în care se fac lucrurile: scurtați ciclul de tratament termic.
Tehnica de recoacere rapidă utilizează încălzirea cu densitate de putere mare-pentru a reduce timpul necesar pentru tratarea unei soluții de la 6 ore la 2 ore.
Proces de îmbătrânire gradat: Prin controlul temperaturii în mai multe etape, timpul general de izolare este redus, asigurându-se totodată că performanța este bună.
Tratament local de încălzire prin inducție: numai cele mai importante părți sunt încălzite, ceea ce reduce consumul de energie cu peste 70%.
O anumită companie de avioane a folosit tehnologia de recoacere rapidă pentru a reduce costul tratării termice a pieselor Ti6Al4V cu 35% și a face microstructura mai consistentă cu 20%.
2. Îmbunătățiți echipamentul: utilizați mai bine energia
Cuptor de cementare cu vid{0}}de joasă presiune: mențineți presiunea în aer între 10 și 100 Pa pentru a utiliza mai puțin gaz.
Sistem de recuperare a căldurii reziduale: utilizarea căldurii reziduale din apa de răcire pentru a încălzi piesele noi, ceea ce reduce consumul total de energie cu 18%.
Sistem inteligent de control al temperaturii: folosește învățarea automată pentru a îmbunătăți curba de încălzire și pentru a reduce necesitatea procesării repetate cauzate de schimbările de temperatură.
După ce un anumit producător de echipamente a început să folosească un sistem inteligent de management al temperaturii, rata de calificare a tratamentului termic a crescut de la 82% la 95%, iar costul pe unitate a scăzut cu 22%.
3. Îmbunătățirea materialelor: realizarea de sisteme de aliaje ieftine
Tehnologie de imprimare parțială: folosirea aliajului de aluminiu în piesele care nu trebuie să țină multă greutate și aliaj de titan în piesele care trebuie, ceea ce reduce prețul materialelor cu 40%.
Pulbere modificată nano: adăugarea a 0,5% nanoparticule scade temperatura tratamentului termic cu 50 de grade Celsius și reduce consumul de energie cu 30%.
Utilizarea pudrei regenerate: Creați un model pentru modul în care performanța pudrei se va schimba în timp, astfel încât producția să rămână stabilă după cel puțin cinci utilizări.
Aliajul de magneziu inoxidabil Mg Zn Ca creat de o anumită echipă de cercetare a funcționat la fel de bine ca aliajul de aluminiu în testele cu pulverizare cu sare și a redus cheltuielile de tratare a suprafețelor cu 60%.
4. Reingineria proceselor: reunirea proceselor de fabricație și a tratamentului termic
Echipament integrat pentru imprimarea tratamentului termic: un modul de încălzire prin inducție este construit în interiorul camerei de imprimare pentru a permite recoacerea in-situ.
Tehnologia digitală dublă: Folosind simularea pentru a găsi cei mai buni parametri de proces și pentru a reduce costurile de încercare și eroare.
Linie de producție automată: combinând module precum curățarea, tratamentul termic și detectarea pentru a reduce cheltuielile cu forța de muncă la jumătate.
O anumită companie a construit o fabrică inteligentă care a redus costul total al pieselor imprimate 3D cu 42%, schimbând modul în care sunt fabricate. Costul tratamentului termic a scăzut de la 25% la 14%.