让零件变得平整光洁,专为 3D 打印金属部件的后处理而开发Hirtisieren® 工艺-金属3D打印工厂

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让零件变得平整光洁,专为 3D 打印金属部件的后处理而开发Hirtisieren® 工艺

| 3DScienceValley · 2022/06/02

根据3D科学谷的市场了解,由于其固有的制造工艺,3D打印-增材制造 (AM) 材料通常具有较高的表面粗糙度。这主要影响疲劳寿命,这可能对材料和部件的整体性能有害。此外,去除制造过程中使用的支撑(和粉末)非常耗时,在高度复杂的设计中甚至是不可能的,尤其是对于具有内部特征的零件(如通道)。那么有没有便捷的技术解决这一行业痛点呢?英国国家增材制造中心在这方面对Hirtisation® 工艺进行了评估。

让零件变得平整光洁,专为 3D 打印金属部件的后处理而开发Hirtisieren® 工艺

 更轻松的后处理

目前,针对3D打印后处理存在的痛点,整个行业都意识到了这个问题,并正在通过各种方法开发解决方案。据悉,经过工业检验的全自动化技术 Hirtisieren® 为 3D 打印金属件的后处理提供了强大工具,能可靠去除烧结的颗粒及支撑结构,部件表面变得平整和光洁。

Hirtisieren® 工艺专为 3D 打印金属部件的后处理而开发,适用于所有常见的 3D 打印金属和合金以及所有 3D 打印类型(LBM、EBM 等)。用于多级处理的处理介质和加工材料挂钩的,不伤表面。Hirtisieren® 完全不涉及机械加工步骤。

Hirtisieren®,用于 3D 打印金属件的全自动与自主后处理的全球首创技术,将化学法、动态电化学法以及流体动力学法相结合,无需机械加工步骤。该工艺基于液体介质,可深入空腔和底切。在一个批次中可并行处理多达 100 个零件。

即便在无法进行机械加工的内部空间中存在残留粉末,特别是支撑结构,也能籍此被去除。因此,针对许多几何形状,Hirtisieren® 是整个加工链中使生产复杂部件成为可能的关键技术。去除支撑结构后,部件表面变得平整,同时边缘锐度和精细的表面结构得到保留。

据悉,Hirtisieren® H 系列可覆盖 3D 打印中整个生产链的决定性步骤。Hirtisieren® 独特的可扩展性实现针对任何部件尺寸可再现、高质量的后处理,即便是在大批量生产中,依然身手矫健。

有了 H 系列的后处理模块,不再需要任何手动处理步骤,因此可以将后处理全自动集成到任何工艺链中。H 系列的大型模块可并行处理多批次多材料。只有通过这种方式才能可持续优化生产成本。模块中的处理可保持所有材料特性以及表面成分,零件经过清洁和真空干燥后才和模块分离。

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 各种设计的后处理评估

英国国家增材制造中心发起了一项可行性研究,目的是评估 AM Hirtisation® 处理在降低表面粗糙度和去除制造的支撑件方面的有效性,为了评估,MTC 将使用激光粉末床熔融金属3D打印技术来增材制造了3组组件:

首先是在 EOS M400-4 机器上制造的 In718 材质的组件,通过包括 Hirtisation 在内的多种不同后处理技术进行处理,然后由 ESA 进行测试。

In718材质的3D打印推力室演示器组件用于评估具有复杂内部通道的代表性几何形状的后处理情况。

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图 1 – a) AlSi10Mg 人工制品,b) In718 推力室组件 c) 四分之一段

© MTC

第二组零件是为铝制品和机械测试样品制造的一些零件,由于3D打印设备在加工铝制品中非常精细的点阵晶格结构时非常敏感,因此需要优化工艺参数以获得高质量的零件。

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图 2 – a) 制造的 AlSi10Mg 样品,和 b) In718 测试样品的示例构建

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为了使推力室组件能够使用 Hirtisation 工艺进行有效的后处理,需要设计一些附加功能并将其添加到零件中。这包括一个歧管,使电解液能够流过部件,以使电化学过程在长通道中有效工作,以及一个电连接板,以实现电连接器的连接。此外,底座还添加了一些功能,以帮助在构建完成后从内部通道中清除粉末。

为了降低构建失败的风险并提高几何一致性,在设计完成之前进行了构建模拟(图 4)。这突出了一些需要进一步考虑以减少与重涂机刀片接触的区域。

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图 3 – 推力室演示器零件(和剖视图)经过修改以帮助制造和后处理

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为了能够在完整组件之前进行试验以优化后处理路线,研究人员设计了四分之一版本的推力室,然后将其中四个四分之一版本组装在一起。

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图 4 – 四分之一测试样本合并在一起,以便通过EDM分离

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图 6 – 使用 ESI AM 构建模拟软件预测构建期间的失真

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