ชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยโลหะ 3 มิติจะมีปัญหาอะไรบ้างหากหลัง-การประมวลผลไม่เสร็จสิ้น

1. ข้อบกพร่องที่พื้นผิว: ปฏิกิริยาลูกโซ่ตั้งแต่ "ความหยาบ" ไปจนถึง "ความล้มเหลวในการทำงาน"
วัตถุที่พิมพ์ด้วยโลหะ 3D มักจะมีคุณภาพพื้นผิวไม่ดีในช่วงแรก โดยมีปัญหาใหญ่ เช่น การแบ่งชั้น ครีบ และความพรุน ตัวอย่างเช่น กระบวนการ SLM (Selective Laser Melting) จะวางเลเยอร์ซ้อนกันเพื่อสร้างชิ้นส่วน สิ่งนี้จะสร้าง "เอฟเฟกต์ขั้นบันได" ขนาดใหญ่บนพื้นผิวของชิ้นงาน ทำให้มีความหยาบกว่าการตัดเฉือนแบบมาตรฐาน ซึ่งมีค่าความหยาบ (ค่า Ra) ที่ 10-20 ไมครอน ซึ่งสูงกว่าการตัดเฉือนแบบเดิมที่มีความละเอียด 0.8-3.2 ไมครอนมาก พื้นผิวที่ขรุขระนี้ไม่เพียงแต่เปลี่ยนรูปลักษณ์ของสิ่งต่าง ๆ แต่ยังทำให้เกิดปัญหาในการทำงานหลายประการ:

ความเข้มข้นของความเค้นและการเริ่มแตกหัก: ข้อบกพร่องที่พื้นผิวสามารถสร้างตำแหน่งของความเข้มข้นของความเค้น ซึ่งจะช่วยเร่งการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวเมื่อมีการโหลดวัสดุหรือให้ความร้อน ตัวอย่างเช่น ก่อนการพ่นทราย อายุความล้าของใบพัดกังหันของเครื่องยนต์การบินจะอยู่ที่เพียง 30% ของอายุการใช้งานที่ควรจะเป็น หลังจากการพ่นทราย อายุความล้าจะเพิ่มขึ้นมากกว่า 90%
ความต้านทานต่อการกัดกร่อนน้อยลง: พื้นผิวที่ขรุขระช่วยให้วัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อนทะลุผ่านได้ง่ายขึ้น ตัวอย่างเช่น ชิ้นส่วนสแตนเลส 316L ที่ไม่ขัดเงามีสัญญาณของการกัดกร่อนภายใน 24 ชั่วโมงหลังการทดสอบสเปรย์เกลือ อย่างไรก็ตาม หลังจากการขัดเงาด้วยไฟฟ้า ชิ้นส่วนต่างๆ ก็สามารถทนต่อการกัดกร่อนได้นานกว่า 500 ชั่วโมง
ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีที่สูงขึ้น: เมื่อพื้นผิวทั้งสองสัมผัสกันและเลื่อนเข้าหากัน ความหยาบของพื้นผิวจะส่งผลโดยตรงต่อการทำงานของแรงเสียดทาน เมื่อชิ้นส่วนเพลากระปุกเกียร์ของรถยนต์บางคันไม่ได้รับการตัดเฉือนด้วยความแม่นยำเป็นพิเศษ ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีจะเพิ่มขึ้นเป็น 0.15 ซึ่งหมายความว่าการใช้พลังงานเพิ่มขึ้น 12% หลังจากการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานลดลงเหลือ 0.03 และการใช้พลังงานลดลงตามค่าการออกแบบ
2, 2, ข้อบกพร่องภายใน: จาก "นักฆ่าที่ซ่อนอยู่" สู่ "ความล้มเหลวอย่างหายนะ" วิกฤตที่ซ่อนอยู่
ในระหว่างกระบวนการพิมพ์ 3D โลหะ ความเครียดจากความร้อนและการขาดฟิวชั่นระหว่างผงและโลหะอาจทำให้เกิดปัญหา เช่น ความพรุนภายในและรอยแตกร้าว หากข้อบกพร่องเหล่านี้ไม่ได้รับการแก้ไขในระหว่างการโพสต์- จะทำให้ชิ้นส่วนต่างๆ ไม่น่าเชื่อถืออย่างมาก

ความพรุนมากเกินไป: การศึกษาพบว่าชิ้นส่วน Ti-6Al-4V ที่ไม่ได้รับการกดด้วยความร้อน (HIP) สามารถมีความพรุนได้ 0.5% ถึง 1% หลังการรักษา HIP ความพรุนสามารถลดลงเหลือน้อยกว่า 0.01% ความพรุนสูงอาจทำให้ชิ้นส่วนมีความหนาแน่นน้อยลง ซึ่งทำให้มีแนวโน้มที่จะแตกหักเมื่ออยู่ภายใต้การโหลดแบบไดนามิก
ความเค้นตกค้างไม่สามารถควบคุมได้: ในระหว่างการพิมพ์ ชิ้นส่วนอาจสะสมความเค้นตกค้างได้หากร้อนขึ้นและเย็นลงอย่างรวดเร็ว ในสถานการณ์หนึ่งของการทำแม่พิมพ์ ชิ้นส่วนที่ไม่เกิดความเครียด-จะบรรเทาลงก่อนการใช้งานจะบิดเบี้ยวและเปลี่ยนรูปร่าง ซึ่งหมายความว่าแม่พิมพ์จะต้องถูกโยนทิ้งไป หลังจากการหลอม ความเสถียรของมิติของชิ้นส่วนดีขึ้น 90%
องค์กรที่ไม่เท่ากัน: กระบวนการหลอมผงเบดอาจทำให้ขนาดของเมล็ดข้าวแตกต่างกันมากในส่วนต่างๆ ของชิ้นส่วน ขนาดเกรนในท้องถิ่นสูงถึง 100 ไมครอน เมื่อบางส่วนของโครงสร้างของเครื่องบินไม่ได้รับการรักษาด้วยสารละลาย แต่หลังจากการบำบัดด้วยสารละลาย ขนาดเกรนจะเท่ากันระหว่าง 20 ถึง 30 ไมครอน และความต้านทานต่อความล้าเพิ่มขึ้นสามเท่า
3. ประสิทธิภาพลดลง: ความแตกต่างในประสิทธิภาพระหว่าง "การปฏิบัติตามการออกแบบ" และ "ความล้มเหลวที่เกิดขึ้นจริง"
แม้ว่าขนาดทางเรขาคณิตของชิ้นส่วนจะเป็นไปตามเกณฑ์การออกแบบ แต่สมรรถนะทางกลของชิ้นส่วนอาจต่ำกว่าที่คาดไว้หากไม่ดำเนินการหลัง{0}}:

การศึกษาวิจัยเกี่ยวกับชิ้นส่วนสแตนเลส 316L ที่ไม่ผ่านการบำบัดและผ่านการอบด้วยความร้อน- พบว่าค่าความต้านทานแรงดึงของชิ้นส่วนที่ไม่ผ่านการบำบัดอยู่ที่ค่าการออกแบบ แต่ค่าการยืดตัวมีเพียง 60% ของค่าการออกแบบเท่านั้น หลังจากการอบชุบด้วยความร้อน การยืดตัวจะกลับไปเป็นค่าการออกแบบ
ความแข็งไม่กระจายอย่างสม่ำเสมอ: ชิ้นส่วนที่สร้างด้วยเทคนิคการสะสมพลังงานโดยตรง (DED) มักจะมีการไล่ระดับความแข็ง ความแข็งพื้นผิวของเม็ดมีดแม่พิมพ์บางชนิดอยู่ที่ 35HRC ก่อนการบำบัดด้วยไนไตรด์ แต่เพิ่มขึ้นเป็น 58HRC หลังการบำบัด และความต้านทานการสึกหรอเพิ่มขึ้น 5 เท่า
ความเสถียรทางความร้อนไม่เพียงพอ: ชิ้นส่วนโลหะผสมอุณหภูมิสูง-ที่ไม่ผ่านการบ่มจะสูญเสียความแข็งไป 20% หลังจากทำงานที่อุณหภูมิ 650 องศาเป็นเวลา 100 ชั่วโมง แต่หลังจากการรักษาความชรา เปอร์เซ็นต์การรักษาความแข็งก็เพิ่มขึ้นมากกว่า 95%
4. ต้นทุนทางเศรษฐกิจ: ต้นทุนที่อยู่นอกเหนือการควบคุม ตั้งแต่ "การทำงานซ้ำบางส่วน" ไปจนถึง "การปิดระบบทั้งหมด"
การไม่ดำเนินการหลัง-การประมวลผลไม่เพียงแต่ทำให้ชิ้นส่วนทำงานได้แย่ลงเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ต่อเศรษฐกิจด้วย:

ค่าซ่อมก็ขึ้นมาก ผู้ผลิตชิ้นส่วนรถยนต์รายหนึ่งทิ้งชิ้นส่วนทั้งชุดเนื่องจากไม่ได้ทำขั้นตอนหลัง- และค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมคิดเป็น 35% ของมูลค่าการสั่งซื้อโดยรวม แต่หากทำการทดสอบและซ่อมแซมแบบไม่ทำลาย-ทันทีหลังการพิมพ์ ต้นทุนจะคงไว้ไม่เกิน 5%
วงจรการผลิตที่ยาวนานขึ้น: เนื่องจากชิ้นส่วนโครงสร้างการบินบางส่วนไม่ได้รับการลดความเครียดตามที่ต้องการ จึงเกิดการโค้งงอระหว่างการประกอบ ส่งผลให้สายการผลิตทั้งหมดต้องปิดตัวลงเป็นเวลาสองสัปดาห์ ทำให้บริษัทต้องเสียค่าใช้จ่าย 2 ล้านเหรียญสหรัฐ
ชื่อเสียงของแบรนด์เสียหาย: ความล้มเหลวของผู้ผลิตรากฟันเทียมทางการแพทย์ในการขัดพื้นผิวผลิตภัณฑ์ของตน ส่งผลให้มีการเรียกคืนสินค้าเพิ่มขึ้น 15% สูญเสียลูกค้า 25% และสูญเสียมูลค่าแบรนด์อย่างมหาศาล