Que problemas as peças metálicas impressas em 3D terão se o pós{1}}processamento não for realizado?

1. Falhas superficiais: uma reação em cadeia de “rugosidade” a “falha funcional”.
Objetos metálicos impressos em 3D geralmente apresentam superfície de baixa qualidade no início, com grandes problemas, incluindo camadas, rebarbas e porosidade. Por exemplo, o processo SLM (Selective Laser Melting) empilha camadas umas sobre as outras para fazer peças. Isso cria um grande "efeito de degrau" na superfície do item, tornando-o mais áspero do que a usinagem padrão, que tem uma rugosidade (valor Ra) de 10-20 mícrons, que é muito superior aos 0,8-3,2 mícrons da usinagem tradicional. Essa superfície áspera não apenas muda a aparência das coisas, mas também causa vários problemas funcionais:

Concentração de tensão e início de fratura: Falhas superficiais podem criar locais de concentração de tensão, o que acelera a propagação de fissuras quando o material é carregado ou aquecido. Por exemplo, antes do jateamento de areia, a vida útil de fadiga de uma determinada pá de turbina de motor de aviação é de apenas 30% do que deveria ser. Após o jato de areia, a resistência à fadiga sobe para mais de 90%.
Menos resistência à corrosão: A superfície rugosa facilita a passagem de materiais corrosivos. Por exemplo, peças de aço inoxidável 316L não polidas mostraram sinais de corrosão dentro de 24 horas após o teste de névoa salina. Porém, após o polimento eletrolítico, as peças conseguiram resistir à corrosão por mais de 500 horas.
Maior coeficiente de atrito: Quando duas superfícies estão em contato e deslizando uma contra a outra, a rugosidade da superfície tem um efeito direto no funcionamento do atrito. Quando as peças do eixo da caixa de câmbio de um determinado carro não eram usinadas com ultraprecisão, o coeficiente de atrito subia para 0,15, o que significava que o consumo de energia aumentava 12%. Após a usinagem de ultraprecisão, o coeficiente de atrito caiu para 0,03 e o uso de energia caiu para o valor do projeto.
2, 2, Defeitos Internos: Do “Assassino Oculto” à “Falha Catastrófica”, uma Crise Oculta
Durante o processo de impressão 3D do metal, o estresse térmico e a falta de fusão entre o pó e o metal podem causar problemas como porosidade interna e rachaduras. Se essas falhas não forem corrigidas durante o pós--processamento, elas tornarão as peças pouco confiáveis.

Muita porosidade: Um estudo descobriu que peças de Ti-6Al-4V que não foram prensadas isostáticas a quente (HIP) podem ter uma porosidade de 0,5% a 1%. Após o tratamento HIP, a porosidade pode ser reduzida para menos de 0,01%. A alta porosidade pode tornar uma peça menos densa, o que aumenta a probabilidade de ela quebrar quando estiver sob carga dinâmica.
A tensão residual está fora de controle: Durante a impressão, a peça pode acumular tensão residual se aquecer e esfriar rapidamente. Em uma situação de fabricação de moldes, as peças que não foram aliviadas de tensão-antes do uso deformaram e mudaram de forma, o que significou que o molde teve que ser jogado fora. Após o recozimento, a estabilidade dimensional das peças melhorou em 90%.
Organização que não é uniforme: O processo de fusão do leito de pó pode fazer com que o tamanho dos grãos varie muito nas diferentes partes da peça. O tamanho do grão local atingiu 100 mícrons quando uma determinada parte da estrutura de um avião não foi tratada com uma solução. Mas após o tratamento com solução, o tamanho do grão tornou-se uniforme, entre 20 e 30 mícrons, e a resistência à fadiga aumentou três vezes.
3. Degradação de desempenho: a diferença de desempenho entre “conformidade do projeto” e “falha real”
Mesmo que as dimensões geométricas das peças atendam aos critérios de projeto, seu desempenho mecânico poderá ficar bem abaixo do esperado se o pós--processamento não for realizado:

Um estudo analisou peças de aço inoxidável 316L não tratadas e{0}}tratadas termicamente. Descobriu-se que a resistência à tração das peças não tratadas estava no valor do projeto, mas o alongamento era de apenas 60% do valor do projeto. Após o tratamento térmico, o alongamento voltou ao valor de projeto.
A dureza não está distribuída uniformemente: peças feitas com a técnica de deposição direta de energia (DED) geralmente apresentam gradientes de dureza. A dureza superficial de uma determinada inserção de molde era de apenas 35HRC antes do tratamento de nitretação, mas subiu para 58HRC após o tratamento e a resistência ao desgaste aumentou 5 vezes.
Estabilidade térmica insuficiente: uma peça de liga-de alta temperatura que não foi envelhecida perdeu 20% de sua dureza após trabalhar a 650 graus por 100 horas. Mas após o tratamento de envelhecimento, a percentagem de retenção da dureza subiu para mais de 95%.
4. Custo econômico: custos que estão fora de controle, desde “retrabalho parcial” até “desligamento total”.
Não fazer o pós{0}}processamento não apenas piora o funcionamento das peças, mas também tem uma reação em cadeia na economia:

O custo do retrabalho aumentou muito. Um fabricante de peças automotivas jogou fora um lote inteiro de peças porque não fez nenhum pós{1}}processamento, e as despesas de retrabalho representaram 35% do valor total do pedido. Mas se testes não{4}}destrutivos e reparos forem feitos logo após a impressão, o custo poderá ser mantido em 5%.
Ciclo de produção mais longo: Como uma determinada peça estrutural da aviação não recebeu o tratamento de redução de tensão necessário, ela entortou durante a montagem. Isso fez com que toda a linha de produção paralisasse por duas semanas, custando à empresa US$ 2 milhões.
A reputação da marca foi prejudicada: a falha de um fabricante de implantes médicos em polir a superfície dos seus produtos levou a um aumento de 15% no número de recalls, a uma perda de clientes de 25% e a uma perda imensurável do valor da marca.