Todas as peças metálicas impressas em 3D precisam passar por pós-processamento?

1. Princípio técnico: "Defeitos congênitos" na fabricação aditiva e uma forma de corrigi-los no pós-processamento
A ideia básica por trás da impressão 3D de metal é “empilhamento camada por camada”. Isso significa derreter o pó metálico com um laser ou feixe de elétrons para criar uma forma tri-dimensional. Embora este procedimento possa realizar estruturas geométricas complicadas sem nenhum custo, sempre terá os seguintes problemas técnicos:

Muita rugosidade na superfície: As marcas de solidificação da poça de fusão entre as camadas impressas criam um "efeito de degrau", que torna a rugosidade da superfície (valor Ra) maior do que seria com o processamento tradicional. Por exemplo, peças impressas em 3D de liga de titânio podem ter uma rugosidade superficial de Ra 10–20 μm, enquanto as pás de motores de aeronaves precisam de uma rugosidade superficial de Ra menor ou igual a 0,8 μm.
Acumulação de tensão residual: Se você aquecer e resfriar uma peça rapidamente, isso poderá produzir tensão de tração dentro da peça, o que pode fazer com que ela dobre, distorça ou quebre. Um estudo de caso de um projeto de componente estrutural de aviação demonstra que peças de liga de titânio impressas em 3D que não são tratadas podem dobrar até 1,2 mm após o fresamento, o que é muito mais do que a tolerância do projeto.
Defeitos na microestrutura: Microfalhas como porosidade e falta de fusão nas peças são causadas pela forma como funciona a conformação da metalurgia do pó. Dados de pesquisas indicam que a porosidade dos componentes de liga de alumínio produzidos com a técnica SLM pode atingir 0,5% a 2%, diminuindo acentuadamente a vida em fadiga.
A tecnologia de pós{0}}processamento usa métodos físicos, químicos ou termodinâmicos para corrigir os problemas listados de uma maneira específica:

Processamento mecânico: uma máquina-ferramenta CNC de cinco eixos pode tornar superfícies cruciais lisas o suficiente para ficarem abaixo de Ra 0,4 μm.
O tratamento térmico é o processo de eliminação do estresse residual e melhoria da estrutura do grão. O recozimento e o tratamento em solução são dois exemplos disso. Por exemplo, após o tratamento térmico, a tensão residual de uma peça do turbocompressor de um determinado carro diminui 75% e a estabilidade das dimensões aumenta 30%.
Prensagem isostática a quente (HIP): comprime os poros em um ambiente com alta pressão e temperatura para obter uma densidade do material próxima a 100%. Na indústria aeroespacial, descobriu-se que o tratamento HIP duplica ou triplica a vida útil das peças em fadiga.
2. Requisito de qualidade: passar de "utilizável" a "confiável"
Os critérios de qualidade para os locais onde as peças metálicas impressas em 3D serão usadas estão diretamente ligados às necessidades de pós{1}}processamento de tais peças. O pós-processamento tornou-se uma etapa necessária nas seguintes situações:

Campo de alta precisão: Os implantes médicos devem atender ao padrão médico ISO 13485 e a rugosidade da superfície deve ser mantida em Ra 0,8 m para evitar que bactérias grudem neles. Para garantir que não haja falhas internas, as pás do motor da aeronave devem ser testadas de forma que não as danifiquem, como a tomografia computadorizada. A porosidade deve ser inferior a 0,1%.
Ambiente de carga dinâmica: peças como engrenagens, eixos e outras peças em carros precisam ser capazes de lidar com mudanças de estresse. A concentração de tensão residual pode reduzir a vida útil de peças impressas em 3D não tratadas em mais de 50%.
Para serem resistentes-à corrosão, as peças de engenharia naval devem passar no teste de névoa salina (como a norma ASTM B117). Tratamentos de superfície como anodização e galvanoplastia podem fornecer uma película protetora que torna as peças dez vezes mais resistentes à corrosão.
Mas nem toda situação precisa de muito pós{0}}processamento. Por exemplo,

Estágio de verificação do protótipo: para acelerar o ciclo de desenvolvimento, a usinagem de precisão pode deixar de fora elementos não{0}críticos usados ​​para testes funcionais. Ao produzir rapidamente protótipos de invólucros, uma empresa de eletrônicos de consumo reduziu o tempo necessário para fazer alterações no design de 6 para 2 semanas.
Partes que compõem o interior: Se elementos embutidos ou superfícies que não se tocam não influenciam o desempenho geral, a superfície original pode ser mantida. O suporte do gasoduto de combustível em um determinado motor de avião foi melhorado para que apenas 40% da área precise ser processada novamente.
Sistema para materiais especiais: Devido à sua microestrutura homogênea, as peças impressas em 3D feitas de algumas ligas novas, incluindo ligas de alta entropia, podem atender imediatamente aos critérios de desempenho. Estudos demonstraram que os componentes da liga CoCrFeNi com composições específicas podem atender aos critérios de resistência ao desgaste sem a necessidade de tratamento térmico pós--impressão.
3, Custo e Eficiência: O “Limite Econômico” do Pós-Processamento
Ao escolher o pós{0}}processamento, você precisa encontrar um equilíbrio entre melhor desempenho e custos mais elevados. Por exemplo, vejamos um projeto para uma determinada parte da estrutura de um avião:

Custo da impressão direta: a impressão das peças leva 120 horas, e o equipamento e o pó custam cerca de 80.000 yuans.
O custo do pós-processamento é de 20.000 yuans para tratamento térmico, 30.000 yuans para usinagem de precisão CNC e 10.000 yuans para testes, totalizando 60.000 yuans.
Benefícios abrangentes: o pós{0}}processamento aumentou a taxa de qualificação de peças de 65% para 92%, reduziu o custo unitário de 123.000 yuans para 109.000 yuans e atendeu aos requisitos para certificação de aeronavegabilidade.
Na indústria, o "limite econômico" do pós{0}}processamento depende do seguinte:

Complexidade da peça: Quanto mais complicada a estrutura, mais difícil e caro será o seu processamento. Por exemplo, para remover o suporte de um disco de turbina com canal de fluxo interno, custa mais de 50.000 yuans cada peça para cortar o fio com descarga elétrica.
Escalabilidade em lote: ao fazer coisas em pequenos lotes, o custo do pós-{0}}processamento é bastante distribuído; ao mesmo tempo em que fabrica coisas em grande escala, a otimização do processo pode reduzir o custo por unidade. Uma determinada montadora reduziu o preço de um item de 150 yuans para 80 yuans usando métodos típicos de pós{4}}processamento.
Redundância de desempenho: se o design permitir algumas alterações no desempenho, poderá reduzir o número de etapas necessárias após o processamento. Por exemplo, um determinado acessório de ferramenta reduziu o tempo de entrega em 40% alterando a faixa de tolerância e eliminando a etapa de tratamento térmico.