Qual é a diferença entre o pós{0}}processamento da impressão 3D de metal e a usinagem tradicional?

一, Princípio técnico: A diferença entre processos de fabricação aditivos e subtrativos
A impressão 3D de metal é um tipo de manufatura aditiva (AM) que constrói objetos tri{{1}dimensionais empilhando camadas de pós metálicos (como ligas de titânio e aço inoxidável) ou fios e derretendo-os e solidificando-os com fontes de calor, como lasers e feixes de elétrons. Este procedimento não precisa de molde e pode transformar imediatamente um modelo digital em algo real. No entanto, a superfície da peça moldada é áspera (Ra6,3–12,5 μm) e pode haver tensão residual ou defeitos de microporos no interior que precisam ser corrigidos para melhor desempenho no pós{6}}processamento.

A usinagem tradicional é baseada na ideia de produção subtrativa. Ele começa com um tarugo totalmente metálico e usa ferramentas de corte como torneamento, fresamento e perfuração para remover material extra até que o formato desejado seja alcançado. Tem os benefícios de excelente precisão de moldagem (até o nível IT5) e boa suavidade de superfície (Ra0,1-0,4 μm), mas é difícil trabalhar com formas complexas (como cavidades internas e superfícies irregulares), e a taxa de utilização do material é baixa (apenas 50% a 70%).

Principais diferenças:

Estado do material: Após a impressão 3D, as qualidades metalúrgicas do pó (tal porosidade) precisam ser trabalhadas e a usinagem precisa corrigir os problemas de deformação que ocorrem quando a tensão de corte é aplicada.
Liberdade de design: a impressão 3D pode fazer "impressão não suportada" de estruturas complicadas, e o pós{1}}processamento só precisa garantir que o desempenho local seja o melhor possível; A usinagem é limitada pela facilidade de obtenção de ferramentas de corte, e estruturas complicadas precisam ser desmontadas e remontadas após a usinagem.
2, Fluxo do processo: Separação do caminho de "resolver problemas" para "tornar as coisas mais precisas"
1. Pós-processamento de impressão 3D de metal: otimização colaborativa de vários-links
Geralmente há quatro fases principais no pós{0}}processamento de peças metálicas impressas em 3D:

Limpeza e remoção do suporte: Livre-se da estrutura de suporte que foi feita durante a impressão e dos restos de pó na superfície através da limpeza ultrassônica. Por exemplo, após a impressão de pás de motores de aeronaves, o suporte de liga de titânio precisa ser gravado quimicamente para que não precise ser removido mecanicamente, o que poderia danificar a superfície.
O tratamento térmico é o processo de eliminar o estresse restante e melhorar os materiais usando métodos como recozimento e têmpera. Por exemplo, um fornecedor de peças automotivas usou tratamento térmico T6 em um suporte de liga de alumínio-impresso em 3D, o que o tornou mais forte e mais leve, aumentando sua resistência à tração de 320 MPa para 380 MPa.
Com a usinagem mecânica de precisão, você pode fresar CNC ou retificar dimensões essenciais (como superfícies de vedação e superfícies de contato) com precisão de ± 0,01 mm. Por exemplo, uma empresa que fabrica implantes médicos usou um centro de usinagem de ligação de cinco eixos para reduzir a rugosidade da superfície de copos acetabulares de liga de titânio impressos em 3D de Ra3,2 μm para Ra0,8 μm, o que atendeu aos padrões de biocompatibilidade de implantes.
Tratamento de superfície: Use métodos como jato de areia, galvanoplastia, anodização e outros para tornar a superfície mais resistente à corrosão. Uma empresa de engenharia marítima usa tecnologia de oxidação por microarco para fazer uma película espessa de óxido na superfície de válvulas de liga de alumínio impressas em 3D. Isto os torna cinco vezes mais resistentes à corrosão na água do mar.
2. Pós{1}}processamento de usinagem tradicional: melhorando a precisão e a utilidade ao mesmo tempo
Os principais objetivos do pós{0}}processamento da usinagem tradicional são melhorar a precisão e a funcionalidade. O método também é bastante simples:

Rebarbação e chanframento: Use ferramentas manuais ou automatizadas para eliminar rebarbas que sobraram durante o corte. Isso evitará que o conjunto seja danificado.
Fortalecimento da superfície: Tornando a superfície mais dura usando métodos como laminação e jateamento. Por exemplo, uma empresa que fabrica engrenagens usou shot peening para aumentar a tensão de compressão na superfície das engrenagens usinadas em 30% e dobrar sua vida útil à fadiga.
O revestimento funcional é o processo de conferir certas qualidades às peças por meio de métodos como revestimento químico e galvanoplastia. Por exemplo, uma empresa que fabrica conectores eletrônicos usou um método de niquelagem química para fazer uma camada de níquel com 0,5 μm de espessura em terminais de liga de cobre usinados, o que tornou a soldagem muito mais confiável.
Comparação principal:

Complexidade do processo: o pós{1}}processamento da impressão 3D precisa da colaboração entre vários links, e os parâmetros do tratamento térmico precisam ser alterados com base nas propriedades do material. O nível de padronização para procedimentos de pós-{3}}processamento para usinagem é alto, mas estruturas complexas podem precisar de vários grampos.
Estrutura de custos: o custo do pós{0}}processamento da impressão 3D representa uma grande parte do custo total (até 40%), principalmente devido ao custo do equipamento de tratamento térmico e da usinagem de precisão. O custo do pós{4}}processamento na usinagem é baixo (cerca de 10% a 15%), mas o custo do desgaste da ferramenta é alto na produção em-grande escala.
3, Cenário de aplicação: mudança de "personalização-de alto valor agregado" para "padronização em grande-escala" no mesmo domínio
1. Pós-processamento de impressão 3D de metal: concentrando-se em limites elevados e cenários valiosos.
Aeroespacial: Uma certa empresa aeroespacial usa impressão 3D para fabricar câmaras de combustão de motores. Para obter uma densidade de material de 99,9%, eles eliminam os poros internos tratando-os com prensagem isostática a quente (HIP). Isso torna as peças confiáveis ​​em ambientes de alta-pressão e alta-temperatura.
Implantes médicos: uma determinada empresa ortopédica usa osso artificial com estrutura porosa de liga de titânio-impressa em 3D, melhora a conexão dos poros por meio de tratamento de polimento eletrolítico, estimula a proliferação de células ósseas e aumenta a taxa de sucesso clínico para 98%.
Molde complexo: Um determinado fornecedor de interiores de automóveis reduziu o ciclo de moldagem por injeção em 40% e aumentou o rendimento do produto para 99,5% através da impressão 3D de moldes de canais de resfriamento conformados e usando EDM (usinagem por descarga elétrica) para melhorar a cavidade do molde.
2. Pós{1}}processamento de usinagem tradicional: liderança na produção padronizada e em grande-escala
Motor automotivo: uma certa empresa de veículos fabrica peças importantes, como blocos de cilindros e virabrequins, usinando-as e depois tratando-as com cementação e têmpera para tornar a superfície mais dura. Isso faz com que o motor dure 200.000 quilômetros.
Eletrônica de consumo: uma empresa que fabrica telefones celulares emprega usinagem CNC em estruturas de liga de alumínio e tratamento de anodização para dar-lhes uma aparência colorida. Eles podem produzir mais de 5 milhões de unidades por mês.
Máquinas em geral: uma determinada empresa de válvulas fabrica válvulas de esfera de alta-precisão usinando-as e adicionando cromagem forte para torná-las mais resistentes ao desgaste. Essas válvulas duram mais de 10 anos.
Tendências do Mercado:

Fabricação integrada: Cada vez mais empresas estão usando uma combinação de “impressão 3D+usinagem”. Por exemplo, um fornecedor de peças de aviação produz peças em bruto quase{3}formadas usando impressão 3D e depois usa usinagem para obter a precisão final. Isto aumenta o uso de materiais para 85% e reduz os ciclos de produção em 60%.
Atualização inteligente: algoritmos de IA estão sendo adicionados ao pós{1}}processamento de impressão 3D para melhorar os parâmetros do processo. Por exemplo, uma empresa empregou modelos de aprendizagem automática para adivinhar como o tratamento térmico mudaria a forma de algo, o que aumentou a taxa de qualificação de processamento de 82% para 95%.