Tepelné zpracování 3D aditivně vyráběných dílů

V současné době existují dvě hlavní techniky používané při výrobě aditivních 3D kovových dílů. Ty vyžadují čas, ale vynikají pro vytváření složitých nebo "nemožných" částí, které nelze vytvořit pomocí tradičních metod odlévání nebo obrábění. Toto již vedlo k vytvoření množství prototypových kusů, stejně jako nesčetných "nemožných částí" pro letecký, automobilový, přístrojový a zdravotnický průmysl.
Výroba elektronových paprsků (EBM) ve vakuové komoře nevyžaduje tepelné zpracování vyráběných částí. Kovové prášky nebo dráty (jako Titanium, Ti-6AI-4V, CoCr, Inconel 718 a Inconel 625) jsou svařeny dohromady v následujících vrstvách za použití elektronového paprsku jako zdroje tepla v procesu, který vede k plným hustým kovovým komponentům. Proces se vyhýbá oxidaci materiálu, protože probíhá ve vakuu. Spékání kovového prášku prostřednictvím laserového paprsku (DMLS) používá laser v čistě inertní atmosféře argonu. Proces je digitálně řízen přímo z 3D CAD dat. Pro každý řez CAD dat se přes vrstvu sestavenou tenkou rovnoměrnou vrstvou jemně prosetého kovového prášku (titanová slitina Ti6Al4V, kobalt chrom, nerezová ocel, niklová slitina Inconel 625 a Inconel 718 a hliníková slitina AlSi10Mg) před vybranými oblastmi prášek se laserem přesně roztaví. Tento proces se opakovaně vytváří, vrstva po vrstvě, dokud stavba není dokončena. DMLS lze použít pro velmi malé části a funkce a mohou reprodukovat geometrie, které by mohly být nemožné pro stroje, jako jsou uzavřené prostory. Vrstvy mohou být stejně malé jako 20 mikronů a tolerance na malé znaky mohou být až ± 50 mikronů. V současné době jsou poměrné rychlosti vytváření komponent pro proces DMLS pomalé. Náklady jsou rovněž vysoké, jelikož surové kovové prášky se musí vyrábět pomocí kulového mlýnu a potom se musí před použitím prosévat a testovat. Současná technika DMLS zjevně vyžaduje značnou investici. Pokud však má požadovaná část rozměry menší než 250 mm x 250 mm x 350 mm, proces by mohl být ideální pro ty, kteří vyžadují rychlé prototypování nebo malé množství složitých nebo "nemožných" částí, které mohou být následně vrtány, děrovány, frézovány nebo vysoustruženy. Mohou být také práškově lakovány, leštěny nebo eloxovány. Trh pro výrobu 3D aditiv rychle roste. Časopisy, webové stránky a výstavy se rozvíjely, jelikož se snížily výrobní časy 3D, zvětšily se maximální velikosti dílů, získaly se práškové slitiny a komponenty vyráběné pro letecký, zdravotnický, přístrojový a automobilový průmysl takto se získaly schválení standardu ve vzrůstajícím množství.

Tepelné zpracování 3D aditivně vyráběných dílů za použití pecí Carbolite Gero

Proces přímého laserového slinování kovu vyžaduje tepelné zpracování s přesnou uniformitou. Tím se zajistí, že vyrobené díly si udrží ty správné metalurgické vlastnosti vybrané kovové slitiny.  

Fáze tepelného zpracování se odehrává v inertní (typicky argonové) atmosféře, aby se zajistilo, že slinutý díl není kontaminován molekulami kyslíku, které by změnily chemické a fyzikální vlastnosti (poréznost) finálního komponentu. Tento inertní proces musí být opakovatelný s dobře měřeným a monitorovaným průtokem plynu, aby bylo dosaženo AMS 2750E klasifikace specifikované zákazníkem. Ve skutečnosti se v jednom specifickém příkladu po celou dobu výrobního procesu udržuje atmosféra <1000ppm (0.1%) kyslíku, který může být snížen až na 100ppm (0.01%) kyslíku, pokud se použije reaktivní kov jako je titan. 

Komorové pece CARBOLITE GERO s přístroji typu B splňují požadavky AMS 2750E Class 1 při použití retorty Inconel nebo Haynes 230. K dispozici jsou různé velikosti (Laboratorní pec CWF 13/65 nebo Průmyslová pec GPC 13/131, 13/200, 13/300, 13/350 & 13/405) s kapacitou od 1 do 4 vestavěných desek, kterou jsou ideální pro složitou DMLS aditivní výrobu (AM).

Zmíněná pec GPC 13/300 s retortou a s pracovním objemem 400 mm x 400 mm x 350 mm, automatickým zapínáním a vypínáním (on/off) řízením plynu za použití regulátoru Eurotherm 3508 a záznamníkem 6180 XIO. Průtoky argon a dusíku a stopové množství kyslíku v modifikované atmosféře retorty jsou neustále monitorovány. Řada pecí GPC společnosti CARBOLITE GERO je vybavena vyhříváním pod vyzdívkou, shora a ze stran, čímž se zlepšuje uniformita uvnitř retorty, kde jsou umístěny termočlánky. Umístění kaskádových ovládacích prvků uvnitř retorty umožňuje rychlejší dobu ohřevu, což může podstatně snížit dobu výrobního procesu, pokud se používá s volitelným nuceným chlazením.

Pro zkrácení cyklu má pec 13/300 teplotně uzamykatelné výklopné dveře, které umožňují rychlý a snadný přístup pro nakládku a vykládku a s vodou chlazeným těsněním ze silikonové gumy, které udržuje modifikovanou atmosféru uvnitř komory po celou dobu procesu tepelného zpracování.

GPC 13/300 - Retortová pec

Na závěr

CARBOLITE GERO záměrně navrhl řadu GPC pecí s retorty pro 3D Aditivní výrobu s nejvyššími technickými parametry, které se vyhýbají problémům, které se vyskytují u pecí od jiných výrobců.

Mezi nejčastější problémy, které uživatelé hlásí u jiných pecí, patří jejich neschopnost udržovat inertní atmosféru, jejich požadavek na velké objemy nákladných inertních plynů nebo potřebu dalšího vybavení pro odstranění retorty při nakládání / vykládání dílů. Všechny tyto obtížné problémy CARBOLITE GERO překonalo, aby se zajistily minimální provozní náklady našich zákazníků; nežádoucí oxidace je eliminována a teplotní uniformita je “nejlepší ve své třídě”. Nejdůležitější je, že výrobní cyklus je výrazně omezen díky zahřívání na čtyřech stranách, volbě nuceného chlazení a snadnému nakládání / vykládání díky unikátním vodou chlazeným dveřím se silikonovým těsněním.

Abychom co nejlépe demonstrovali naše schopnosti, společnost CARBOLITE GERO nyní nabízí zákaznické testy pro všechny organizace, které chtějí ověřit proces tepelného zpracování svých komponent metodou DMLS. Toto hrazené testování je účtováno za £800 za díl a je plně vratné při zaslání objednávky na pec CWF 13/65 nebo GPC 13/300 specifikované podle požadované klasifikace AMS 2750E.

Chcete-li získat další informace nebo diskutovat o tepelném zpracování Vašich konkrétních částí DMLS, prosím kontaktujte telefonicky Richarda Bilsona nebo Paula Haigha v CARBOLITE GERO na čísle +44 (0)1433 620011.