Le traitement thermique affectera-t-il la précision dimensionnelle des pièces ?

一, La principale façon dont le traitement thermique modifie la taille des objets
1. Abandonner les contraintes résiduelles et les contraintes thermiques
La méthode d’impression 3D métallique chauffe et refroidit rapidement le matériau, ce qui provoque une distorsion du réseau interne et des contraintes résiduelles. Pour soulager les contraintes grâce à la relaxation du réseau, le traitement thermique consiste à chauffer à une température inférieure à la température de recristallisation (par exemple, en maintenant l'alliage de titane à 800 degrés pendant 2 heures). Mais l’irrégularité de la libération des contraintes pourrait induire une déformation locale. Par exemple, si la conception de la structure de support des aubes de turbine de moteur d’avion n’est pas bonne, le retrait du support après le traitement thermique peut induire une concentration locale de contraintes et une déformation des bords des aubes, avec une déformation de 0,1 à 0,3 mm.
2. Changement de volume dû à un changement de phase
Lors du traitement thermique, les matériaux peuvent changer de phase (telle la transformation martensitique), ce qui peut entraîner une augmentation ou une diminution de leur volume. Par exemple, les alliages à haute température à base de nickel- peuvent passer de l'austénite à la martensite si la vitesse de refroidissement est trop rapide après le traitement en solution (1 080 degrés pendant 1 heure). Cela peut entraîner une expansion de volume et un changement de taille des pièces imprimées par fusion sur lit de poudre laser (LPBF). Les données expérimentales indiquent que l'erreur de dimension critique des composants dépourvus d'une vitesse de refroidissement régulée peut atteindre ± 0,05 mm après-traitement thermique, au-delà des limites admissibles établies par les normes aéronautiques.
3. Croissance des grains et homogénéité des tissus
Le contrôle de la vitesse de chauffage et du temps de maintien pendant le traitement thermique peut améliorer l’uniformité des tissus et la taille des grains. Mais si les grains poussent de manière inégale, cela pourrait provoquer un retrait différent selon les endroits. Par exemple, le chauffage d'un composite renforcé de fibres de carbone continues (CCFRC) à 100 degrés augmente la cristallinité de sa matrice de 17,42 % à 22,76 %. Mais si les fibres ne sont pas uniformément espacées, cela pourrait générer une différence de taille de 0,02 à 0,05 mm, ce qui rendrait plus difficile un assemblage correct des éléments.
2, Un exemple courant : le traitement thermique a deux effets sur la précision dimensionnelle
1. Aéronautique : trouver le juste équilibre entre haute précision et haute performance
Boeing fabrique des supports pour avions utilisant la technologie LPBF, mais ils doivent être traités thermiquement-pour augmenter leur résistance à la traction à 520 MPa. Mais après le traitement thermique, il devient difficile de maintenir les dimensions des pièces stables. Pour obtenir un contrôle précis, procédez comme suit :
Compensation de pré-déformation : utilisez la pré-déformation inversée sur le modèle d'origine pour rapprocher le modèle compensé de la taille optimale après le traitement thermique. Cela améliorera la précision d'impression de 66,2 %.
Chauffage et refroidissement segmentés : utilisation d'une approche de chauffage par étapes (maintien à 50 degrés pendant 30 minutes) et d'un refroidissement retardé (refroidissement par air après refroidissement du four à 200 degrés) pour réduire les contraintes thermiques produites par les gradients de température, avec une déformation régulée à ± 0,03 mm.
2. Implants médicaux : la combinaison de la biocompatibilité et de l’exactitude dimensionnelle
Lors de l’impression 3D de cupules acétabulaires en alliage de titane, la structure microporeuse de la surface (5 à 10 μm) doit être très précise en termes de taille. Une entreprise particulière obtient un contrôle précis grâce à la méthode combinée « recuit de détente + gravure à l'acide » :
Recuit de réduction des contraintes : maintenir à 650 degrés pendant 2 heures pour éliminer toute contrainte d'impression résiduelle et rendre les modifications de taille moins probables lors de la prochaine gravure à l'acide.
Traitement de gravure acide : utilisez un mélange d'acide fluorhydrique et de solution d'acide nitrique pour graver pendant 10 minutes afin de créer des micropores homogènes. Cela empêchera la libération des contraintes de provoquer une corrosion locale. Les différences de taille doivent être maintenues à ± 0,02 mm.
3. Moules industriels : Trouver le bon équilibre entre coût et utilisation
Grâce à la procédure de traitement thermique « solution solide + vieillissement », une entreprise spécifique a rendu les moules en alliage d'aluminium plus durs jusqu'à 120HB. Cependant, ils doivent trouver un compromis entre coût et précision :
La méthode rentable- consiste à sabler uniquement (valeur Ra ​​inférieure ou égale à 3,2 μm) les pièces pour répondre aux besoins typiques de moulage de plastique. Cela réduit le coût de chaque pièce de 40 %, mais les dimensions ne sont pas très stables.
Solution haute-performance : augmentez la précision de l'usinage CNC (valeur Ra ​​inférieure ou égale à 0,8 μm), ce qui est idéal pour les pièces de moule qui doivent être très brillantes ou claires. Cela triplera le temps de traitement, mais la précision dimensionnelle sera de ± 0,01 mm.
3, Stratégie de contrôle de la précision dimensionnelle : améliorer les processus et proposer de nouvelles technologies
1. Faire correspondre les paramètres du processus : faire fonctionner ensemble les processus de traitement thermique et d'impression
Les paramètres du traitement thermique doivent être les mêmes que ceux du processus d'impression 3D, comme la température et la vitesse de refroidissement. Par exemple, si vous imprimez un alliage Inconel 718 à l'aide de LPBF et que la couche d'impression a une épaisseur de 0,05 mm, vous devez utiliser un traitement de solution à 1 150 degrés et un traitement de vieillissement à 720 degrés pour minimiser les fissures et les changements dimensionnels qui se produisent lorsque le matériau refroidit trop rapidement. Des tests ont montré que les paramètres correspondants peuvent prolonger la durée de vie des pièces trois fois plus longtemps et rendre leurs dimensions plus stables de 50 %.
2. Système de gestion thermique intelligent : garde un œil sur les choses en temps réel et apporte les modifications nécessaires
Grâce à des capteurs infrarouges et à un contrôle de retour de température, le système de gestion thermique intelligent rend le champ thermique plus uniforme. Le système d'IA créé par Platinum Technology peut modifier la puissance du laser et la vitesse de numérisation en temps réel. Cela empêche la température de trop changer pendant l'impression des supports en alliage de titane, en la maintenant à ± 5 degrés. Après traitement thermique, le système réduit également l'écart dimensionnel de ± 0,05 mm à ± 0,02 mm.
3. De nouvelles façons de traiter thermiquement les choses : le chauffage local et le procédé composite
Traitement thermique local : Le chauffage par induction ou le traitement thermique local au laser est utilisé sur les grandes pièces pour éviter qu'elles ne se déforment lorsqu'elles sont entièrement chauffées. Grâce à un traitement local par solution, un support spécifique à l'aviation a atteint une résistance à la traction de 520 MPa et une stabilité dimensionnelle meilleure que ± 0,03 mm.
Processus composite : utilisation conjointe d'un traitement thermique et d'un pressage isostatique à chaud (HIP) pour éliminer les défauts internes et améliorer la structure. La durée de vie en fatigue des aubes de turbine des moteurs d'aviation GE est trois fois plus longue après le traitement HIP, et la déformation dimensionnelle est maintenue en dessous de 0,05 %.