Да ли су трошкови топлотне обраде метала за 3Д штампање високи?

一, Главна улога топлотне обраде у 3Д штампању метала
Метална 3Д штампа ствара компликоване структуре топљењем металног праха један по један слој, али овај процес има три велика проблема:
Преостали напон: Брзо загревање и хлађење ласером може променити облик решетке, што може проузроковати пуцање или савијање делова.
Организациони недостаци: Не-очвршћавање ствара грубе карактеристике као што су стубасти кристали и дендрити, који материјале чине мање чврстим.
Неуједначене перформансе: слаби интерфејси се лако могу формирати на међуслојним спојевима, што скраћује животни век материјала.
Пажљивим управљањем температурним пољем и процесом фазног прелаза, топлотна обрада може постићи три главна циља:
Ослобађање од стреса: Третман жарењем уклања заостали стрес и чини димензије стабилнијим.
Организациона оптимизација: Добивање уједначене и фине кристалне структуре са равном осовином коришћењем чврстог раствора и третмана старењем.
Побољшање перформанси: Контролисање облика таложних фаза како би се пронашао баланс између снаге и жилавости.
На пример, СЛМ технологија је коришћена за прављење специфичног сечива авионског мотора, које је затим третирано раствором на 1050 степени и одлежано на 550 степени. Затезна чврстоћа је отишла са 850МПа на 1200МПа, а век трајања замора је повећан за три пута.
2, Вишедимензионални поглед на анализу трошкова топлотне обраде
1. Цена опреме: трошак прецизне контроле
За термичку обраду металних 3Д штампаних предмета потребни су вам специјални алати:
Вакумска пећ спречава рђање активних метала попут легура титанијума. Кошта два до три пута више од обичне пећи.
Систем ласерске топлотне обраде: користи се за промену површине мале површине, а опрема кошта више од 5 милиона јуана.
Интелигентни контролни систем треба да укључује инфрацрвено мерење температуре, контролу атмосфере и друге модуле. Вредност једног система је преко милион јуана.
У једној компанији кажу да амортизација опреме за термичку обраду чини 18% до 25% јединичне цене, а овај проценат брзо расте како се тачност опреме повећава.
2. Трошкови енергије: Високе температуре стварају дугорочну-црну рупу потрошње енергије.
Нормална подешавања за процес топлотне обраде:
Третман раствором: 4 до 6 сати изолације на 1000–1050 степени
Временски третман: изолацију држати на 160–180 степени 8–12 сати.
Жарење за ублажавање стреса: Држите га на 300–400 степени 2–4 сата.
На пример, потребно је 120–150 кВх енергије за топлотну обраду једног комада Ти6Ал4В који је направљен коришћењем СЛМ. Трошкови струје су више од 15% ако користите електричну пећ за грејање. Ако користите пећ за грејање на гас, уштедећете 40% на трошковима енергије, али ћете морати да потрошите више на опрему за чишћење издувних гасова.
3. Цена материјала: игра ефикасности рециклирања праха
Топлотна обрада може довести до губитка материјала:
Оксидационо опекотине: Када се метал загреје на високе температуре, на његовој површини се јавља оксидациона кожа. Стопа губитка је 0,5% до 1,2%.
Губитак испарљивих супстанци: Метали са ниским тачкама кључања, као што су легуре магнезијума, испаравају на високим температурама, губе више од 2% своје тежине.
Носећа конструкција: Пројектовањем сложених делова унутрашњег проточног канала са уклоњивим носачима повећава се стопа отпада материјала за 5% до 8%.
Систем за рециклажу праха може повећати стопу искоришћења на 92%–95%, међутим, питање да рециклирани прах губи своју ефикасност и даље треба да се реши. Студија је показала да је након три употребе концентрација кисеоника у праху Ти6Ал4В порасла за 0,03%, што је довело до смањења снаге компоненти на замор за 12%.
4. Временски трошак: процесни ланац има уско грло ефикасности
Типичан циклус термичке обраде изгледа овако:
Пре третмана: чишћење, без подршке, пескарење (2-4 сата)
Грејање, изолација и хлађење (8 до 24 сата) су део топлотног третмана.
Накнадна{0}}обрада: сечење жице, полирање и тестирање (3–6 сати)
Одређена фирма за аутомобилске делове каже да поступак термичке обраде чини 60% до 70% целог производног циклуса 3Д штампања. Ово је главни разлог зашто су испоруке споре.
3, Технички пут за смањење трошкова
1. Промените начин на који се ствари раде: скратите циклус термичке обраде.
Техника брзог жарења користи загревање-високе густине снаге да скраћује време потребно за третирање раствора са 6 сати на 2 сата.
Постепени процес старења: Контролисањем температуре у неколико фаза, скраћује се укупно време изолације, а да се и даље осигурава да су перформансе добре.
Локални третман индукционог грејања: Загревају се само најважнији делови, што смањује потрошњу енергије за више од 70%.
Одређена компанија за производњу авиона је користила технологију брзог жарења како би смањила трошкове топлотне обраде делова Ти6Ал4В за 35% и учинила микроструктуру конзистентнијом за 20%.
2. Надоградите опрему: боље искористите енергију
Вакуумска{0}}пећ за карбуризацију ниског притиска: Одржавајте притисак у ваздуху између 10 и 100 Па да бисте користили мање гаса.
Систем поврата отпадне топлоте: коришћење отпадне топлоте из расхладне воде за загревање нових делова, што смањује укупну потрошњу енергије за 18%.
Паметни систем контроле температуре: користи машинско учење да побољша криву грејања и смањи потребу за поновљеном обрадом изазваном променама температуре.
Након што је одређени произвођач опреме почео да користи интелигентни систем управљања температуром, стопа квалификације топлотне обраде је порасла са 82% на 95%, а цена по јединици је пала за 22%.
3. Побољшање материјала: Израда система од легуре који су јефтини
Технологија делимичне штампе: коришћење легуре алуминијума у ​​деловима који не морају да имају велику тежину и легуре титанијума у ​​деловима који морају, што смањује цене материјала за 40%.
Нано модификовани прах: Додавање 0,5% наночестица снижава температуру топлотне обраде за 50 степени Целзијуса и смањује потрошњу енергије за 30%.
Коришћење регенерисаног праха: Направите модел како ће се перформансе пудера мењати током времена, тако да производња остане стабилна након најмање пет употреба.
Нерђајућа легура магнезијума Мг Зн Ца коју је креирао одређени истраживачки тим радила је једнако добро као легура алуминијума у ​​тестовима сланог спреја и смањила је трошкове површинске обраде за 60%.
4. Реинжењеринг процеса: спајање производње и топлотне обраде
Интегрисана опрема за термичку обраду штампања: модул за индукционо грејање је уграђен унутар коморе за штампање како би се омогућило-жарење на лицу места.
Технологија дигиталних близанаца: Коришћење симулације за проналажење најбољих параметара процеса и смањење трошкова покушаја и грешака.
Аутоматизована производна линија: комбиновање модула као што су чишћење, термичка обрада и детекција за преполовљење трошкова рада.
Одређена компанија изградила је паметну фабрику која је смањила укупне трошкове 3Д штампаних делова за 42% променом начина на који се праве. Трошкови термичке обраде пали су са 25% на 14%.