金属 3D プリントの後処理でよくある問題は何ですか?{0}

1. 表面粗さの管理：「素材」から「完成品」へ
金属 3D プリントでは物体を層状に積み上げていくため、表面には通常 6 ～ 12 μm の粗さ (Ra 値) を持つ階段状のテクスチャが形成されます。これは、粗さの値が 0.8 ～ 1.6 μm である従来の機械加工よりも大幅に粗いものです。たとえば、航空機エンジンのブレードの冷却チャネルの内壁の粗さは 3 μ m 以下に保つ必要があり、そうでないと熱伝達の効率が大幅に低下します。
テクノロジーの問題:
残留サポート構造: 形状の変化を防ぐために印刷中に適用されるサポート構造は、剥がした後に表面にくぼみや凹凸が残る場合があります。
粉体の付着：粉体の粒子が溶けきらずに表面に固着してしまうことを「球状化」といいます。
層間接着跡: レーザー走査経路が交差する場所に小さなバンプが形成される場合があります。
答え：
化学研磨: 酸性またはアルカリ性の溶液を使用して表面層を選択的に溶解すると、表面層を 1 μm より滑らかにすることができますが、過度の腐食を避けるために溶液中に放置する時間には細心の注意を払う必要があります。
サンドブラスト処理: 高速の砂流で表面を叩くことにより、均一なマットな表面が作成されます。-これは複雑な内部キャビティの設計には適していますが、新しい表面欠陥が発生する可能性もあります。
電解研磨: この方法では、電気化学的原理を使用して、顕微鏡レベルで表面を平らにします。ミラー効果（Ra）を提供できます。<0.1 μ m), but the equipment is expensive.
2. 内部欠陥の修正: 物事をより高密度でより良くするための鍵。
金属 3D プリント部品の内部の気孔率は通常 0.1% ～ 5% です。これらの小さな欠陥は亀裂の形成を引き起こす可能性があり、部品の疲労寿命を大幅に短縮します。例えば、気孔率が 0.5% を超えるチタン合金インプラントは、骨と一体化できない可能性があります。
テクノロジーの問題:
細孔: レーザー強度が低すぎる場合、または粉末の酸素が多すぎる場合、溶融池が崩壊する可能性があります。
融合が不十分: 層間の結合が弱く、微細な積層が発生します。
亀裂: 残留応力が蓄積したときに発生する高温または低温の亀裂。
答え：
熱間静水圧プレス (HIP): 材料に大きな圧力 (100 ～ 200 MPa) と熱 (900 ～ 1200 度) を加えます。これにより、形状が変化し、内部の細孔が閉じられ、密度が 99.9% 以上に高まります。たとえば、HIP 処理により、GE Aviation 製 LEAP エンジンの燃料インジェクターの疲労寿命が 3 倍になりました。
局所浸透: 真空含浸法は金属ベースの複合材料の重要な領域を充填するため、薄壁の構造物の固定に適しています。{0}}
レーザー再溶解: 表面または内部に欠陥がある領域に 2 回目のスキャンを実行すると、粒子の改善に役立ちますが、新たな熱応力が追加される可能性もあります。
3. 残留応力の管理: 変形を制御するシステムエンジニアリング
金属を 3D プリントする場合、急速な加熱と冷却による熱応力が材料の降伏強度の 50% ～ 80% に近づく可能性があります。部品が歪んだり、破損したり、形状が変化したりする可能性があります。残留応力は、大きなフレーム構造では数ミリメートルの変形を引き起こす可能性があり、これは許容範囲を大幅に超えています。
テクノロジーの問題:
不均一な応力分布: 複雑な幾何学的形状により、温度勾配に大きな変化が生じます。
基板拘束効果: コンポーネントが基板と接触する点で応力が蓄積し、層間剥離が容易に発生する可能性があります。
複数の材料の印刷に関する課題: さまざまな材料が異なる速度で膨張するため、応力がより早く蓄積されます。
答え：
印刷する前に、温度差を小さくするために素材を摂氏 200 ～ 500 度の間に加熱します。たとえば、Yunyao Shenwei の Precision シリーズの機械には、チタン合金で作られた印刷部品の亀裂の可能性を低減する 500 度の基板予熱機能が備わっています。
スキャン戦略の最適化: 「アイランド スキャン」または「チェス盤スキャン」を使用して、熱入力を分散させ、一箇所での熱が高くなりすぎないようにします。
応力除去アニーリング: 印刷が完了した後、600 ～ 700 度で絶縁処理が行われ、まだ残っている応力の 80% 以上が除去されます。
4. 寸法精度の保証「近似成形」から「ネット成形」へ
金属 3D プリントの精度は通常、± 0.1 mm 以内ですが、時計の歯車など、非常に精密である必要がある部品の場合は、さらに機械加工が必要になります。しかし、格子構造などの複雑な内部キャビティ構造を加工するのは非常に難しく、標準的なフライス加工や放電加工 (EDM) では内部構造を損傷する可能性があります。
テクノロジーの問題:
収縮変形：金属は冷えると体積が収縮し、寸法が変化します。
サポート構造からの干渉: サポートが残っていると、加工基準面を見つけることが困難になります。
薄肉構造は十分な剛性がないため、加工時の振動によりツールが簡単に破損する可能性があります。-
答え：
設計補正: 事前に CAD モデルで収縮量を設定し (通常は 0.2% ～ 0.5%)、複数回印刷して修正を確認します。
5- 軸リンク加工: DMG MORI の LASERTEC 65 3D 装置は、印刷とフライス加工を同時に実行できる多軸 CNC 工作機械の一例です。-
電気化学加工 (ECM) は、機械的な切断力を必要とせずに材料を除去する方法です。薄肉構造の精密加工に適しています。-
5. 複数の材料との適合性: 傾斜機能材料の問題
金属 3D プリンティングは、軽量、耐食性、導電性のニーズを満たすために、マルチマテリアル複合材料の方向にゆっくりと向かっています。-しかし、異なる材料の融点と熱膨張係数が異なるという事実は、材料間の接着強度が十分に強くないことを意味し、すぐに層間剥離や亀裂が発生する可能性があります。
テクノロジーの問題:
-粉末の相互汚染: 複数の材料を印刷するコンパートメントに粉末が残留すると、材料の純度が損なわれます。
プロセスパラメータの競合: さまざまな材料を、さまざまなレーザー出力、スキャン速度、その他の設定に合わせる必要があります。
界面の性能は悪化します。異なる材料が接触する箇所では脆化相が急速に発生します。
答え：
モジュール式粉末供給システム: たとえば、Yunyao Shenwei の RESEARCH シリーズ装置には​​、材料の異なる層間で交換できる独立した粉末供給タンクがあります。
インターフェースの前処理: レーザー洗浄またはプラズマ スプレーを使用して、インターフェースの密着性を高めます。
数値シミュレーションの最適化: ANSYS または COMSOL ソフトウェアを使用して、印刷プロセス中にさまざまな材料の熱特性と機械特性がどのように相互作用するかをモデル化します。これは、適切なパラメータを確立するのに役立ちます。
6. コストと効率の適切なバランスを見つける: 大規模生産における最大の問題-
金属 3D プリントのコストは製品全体の 30% ～ 70% であり、処理時間も長い (通常、プリント時間の 2 ～ 5 倍) ため、量産での利用は困難です。たとえば、自動車エンジンのシリンダーブロックの従来の鋳造手順では、1 個あたりおよそ 500 元のコストがかかります。一方、3D プリントと後処理の費用は 3,000 元を超える場合もあります。-
テクノロジーの問題:
高い設備コスト: ハイエンドの 5 軸マシニング センターの費用は 500 万元以上、HIP 設備の費用は最大 2,000 万元になる場合があります。{0}}
プロセスチェーンの長さ: 加熱、ワイヤーの切断、サポートの除去、研磨、再度研磨など、多くのステップを順番に実行する必要があります。
低レベルの自動化: 複雑な部品の後処理には依然として手動作業が必要であり、効率が低下します。{0}
答え：
生産ラインのスマートな統合: AGV カートを使用して 3D プリンター、熱処理炉、マシニング センターを接続し、プロセス全体が自動的に実行されるようにします。たとえば、Platinum Technology の BLT-S800 機器は、オンライン検出機能と適応処理機能を内蔵しています。-
積層造形: 印刷後の段階の数を削減するには、印刷プロセス中に部分的な機械加工を同期します。マザックの INTEGREX i-400AM 機械は、レーザークラッディングとフライス加工を切り替えることができます。
デジタルプロセス計画: Siemens NX または Magics ソフトウェアを使用して、最適な加工パスを見つけ、アイドル時間を削減します。