金属 3D 打印的后处理

1。简介：增材制造的盲点

当人们谈论 3D 打印时，焦点几乎总是集中在打印过程本身：粉末床、激光器和构建速率。但生产的实际情况却有所不同：后处理通常占增材制造金属部件总成本的 40% 到 60%。

如果您想经济地将金属 3D 打印转移到批量生产，您必须像组件设计一样精心规划打印后的工艺链。

2。除粉

打印完成后，组件完全埋在松散的金属粉末中。这种粉末价格昂贵（通常超过 100 欧元/公斤），而且几乎需要 100% 回收。

• 挑战：特别是对于复杂的内部冷却通道或仿生晶格结构，粉末通常很容易结块（“烧结”）或机械卡住。
• 解决方案：现代除粉系统（例如 Solukon）夹紧整个组件，包括施工平台。通过多轴旋转和可变振动频率（通常由超声波或气动敲击器支持），粉末甚至可以从最细的毛细管中滴出。

3。热处理（消除应力）

基于激光的熔化过程会产生巨大的温度梯度。液体熔池在几毫秒内就会在下面较冷的层上凝固。这会导致组件产生极大的内应力。

• 为什么要在将其切断之前？如果您立即从坚固的施工平台上看到该组件，它会像双金属一样变形，或者在最坏的情况下会撕裂。
• 工艺：将组件（仍在平台上）推入真空或惰性气体炉中，根据合金的不同，加热至 500 °C 至 900 °C，然后缓慢冷却。只有这样，结构才得以放松。
• HIP 的特殊情况：通过热等静压 (HIP)，部件在极高的压力（氩气，>1000 bar）和热量下被压缩。这甚至可以 100% 消除微小的孔隙，这在航空航天工业中通常是强制性的。

4。分离并拆除支撑结构

支撑结构不仅用于支撑悬垂部分，而且最重要的是用于将组件焊接到地面并将过程热量散发到施工平台中。

• 切割：通常使用带锯或线蚀 (EDM) 来完成。侵蚀成本更高，但会留下完美、平坦的表面。
• 支撑移除：这通常是使用钳子和切割器的真正手工作业。这里的关键是 DfAM（增材制造设计）：设计组件时首先不需要任何支撑（例如泪滴形状而不是平坦的悬垂）。或者，使用 5 轴数控铣床自动粗加工支撑件。

5。表面光洁度和细化

粉末床打印组件的表面自然粗糙（Ra 5 - 15 µm），因为粉末颗粒在外皮上烘烤。

• 振动研磨（trowalizing）：将部件放入带有研磨颗粒（碎片）的振动滚筒中。这样可以非常经济高效地平滑边缘和表面。
• 电解抛光/等离子抛光：在电解槽中专门去除粗糙表面的微观峰。非常适合复杂的几何形状和内部通道。
• 数控加工：功能表面（轴承座、螺纹、密封表面）需要 3D 打印无法提供的公差和光滑度。这些区域始终会留有余量（0.5 - 1 毫米的额外材料），然后在最后进行精确的 CNC 铣削或车削。

6。结论：流程链的整合

金属 3D 打印不是“即插即用”技术。组件的成本效益很大程度上取决于以下问题：“打印后我需要在组件中投入多少手工工作？”。自动化后处理单元和巧妙的支撑最小化设计是大幅降低每个零件成本的杠杆。