Quelle est la différence entre le post-traitement de l'impression 3D métallique et l'usinage traditionnel ?

一, Principe technique : La différence entre les procédés de fabrication additive et soustractive
L'impression 3D métallique est un type de fabrication additive (FA) qui permet de construire des objets tridimensionnels-en empilant des couches de poudres métalliques (comme les alliages de titane et l'acier inoxydable) ou des fils, puis en les fondant et en les solidifiant avec des sources de chaleur telles que des lasers et des faisceaux d'électrons. Cette procédure ne nécessite pas de moule et peut transformer immédiatement un modèle numérique en un objet réel. Cependant, la surface de la pièce moulée est rugueuse (Ra6,3–12,5 μm) et il peut y avoir des contraintes résiduelles ou des défauts de micropores à l'intérieur qui doivent être corrigés pour de meilleures performances par post-traitement.

L'usinage traditionnel est basé sur l'idée de la production soustractive. Cela commence avec une billette entièrement métallique et utilise des outils de coupe tels que le tournage, le fraisage et le perçage pour éliminer le matériau supplémentaire jusqu'à ce que la forme souhaitée soit atteinte. Il présente les avantages d'une excellente précision de moulage (jusqu'au niveau IT5) et d'un bon lissé de surface (Ra0,1-0,4 µm), mais il est difficile de travailler avec des formes complexes (telles que des creux internes et des surfaces inégales) et le taux d'utilisation du matériau est faible (seulement 50 % à 70 %).

Principales différences :

État du matériau : après l'impression 3D, les qualités métallurgiques des poudres (telles que la porosité) doivent être travaillées et l'usinage doit résoudre les problèmes de déformation qui se produisent lors de l'application d'une contrainte de coupe.
Liberté de conception : l'impression 3D peut effectuer une "impression non prise en charge" de structures complexes, et le post-traitement doit simplement garantir que les performances locales sont aussi bonnes que possible ; L'usinage est limité par la facilité avec laquelle il est possible d'obtenir des outils de coupe, et les structures complexes doivent être démontées et remontées après l'usinage.
2, Déroulement du processus : séparation du chemin depuis « résoudre les problèmes » jusqu'à « rendre les choses plus précises »
1. Post-traitement de l'impression 3D métal : optimisation collaborative multi-liens
Il y a généralement quatre phases principales dans le post-traitement des pièces métalliques imprimées en 3D :

Nettoyage et retrait du support : Débarrassez-vous de la structure de support formée lors de l'impression et des restes de poudre sur la surface grâce au nettoyage par ultrasons. Par exemple, après l'impression des pales de moteurs d'avion, le support en alliage de titane doit être chimiquement gravé afin de ne pas avoir à être retiré mécaniquement, ce qui pourrait endommager la surface.
Le traitement thermique est le processus consistant à éliminer les contraintes résiduelles et à améliorer les matériaux en utilisant des méthodes telles que le recuit et la trempe. Par exemple, un fournisseur de pièces automobiles a utilisé le traitement thermique T6 sur un support en alliage d'aluminium imprimé en 3D-, ce qui l'a rendu plus solide et plus léger en augmentant sa résistance à la traction de 320 MPa à 380 MPa.
Avec l'usinage mécanique de précision, vous pouvez fraiser ou meuler CNC des dimensions essentielles (telles que les surfaces d'étanchéité et les surfaces de contact) à ± 0,01 mm près. Par exemple, une entreprise qui fabrique des implants médicaux a utilisé un centre d'usinage à cinq axes pour réduire la rugosité de surface des cupules acétabulaires en alliage de titane imprimées en 3D de Ra3,2 μm à Ra0,8 μm, ce qui répondait aux normes de biocompatibilité des implants.
Traitement de surface : utilisez des méthodes telles que le sablage, la galvanoplastie, l'anodisation et autres pour rendre la surface plus résistante à la corrosion. Une société d’ingénierie maritime utilise la technologie d’oxydation par micro-arc pour créer un épais film d’oxyde sur la surface des vannes en alliage d’aluminium imprimées en 3D. Cela les rend cinq fois plus résistants à la corrosion dans l’eau de mer.
2. Post-traitement d'usinage traditionnel : améliorer à la fois la précision et l'utilité
Les principaux objectifs de l'usinage traditionnel après-traitement sont d'améliorer la précision et la fonctionnalité. La méthode est également assez simple :

Ébavurage et chanfreinage : utilisez des outils manuels ou automatisés pour éliminer les bavures laissées lors de la coupe. Cela empêchera l’assemblage d’être endommagé.
Renforcement de surface : Rendre la surface plus dure en utilisant des méthodes telles que le laminage et le grenaillage. Par exemple, une entreprise qui fabrique des engrenages a utilisé le grenaillage pour augmenter de 30 % la contrainte de compression sur la surface des engrenages usinés et doubler leur durée de vie en fatigue.
Le revêtement fonctionnel est le processus consistant à conférer aux pièces certaines qualités grâce à des méthodes telles que le placage chimique et la galvanoplastie. Par exemple, une entreprise qui fabrique des connecteurs électroniques a utilisé une méthode de nickelage chimique pour créer une couche de nickel de 0,5 μm d’épaisseur sur les bornes usinées en alliage de cuivre, ce qui a rendu le soudage beaucoup plus fiable.
Comparaison principale :

Complexité du processus : le post-traitement-de l'impression 3D nécessite une collaboration entre plusieurs liens et les paramètres de traitement thermique doivent être modifiés en fonction des propriétés du matériau. Le niveau de standardisation des procédures de post-traitement pour l'usinage est élevé, mais les structures complexes peuvent nécessiter plusieurs pinces.
Structure des coûts : le coût de l'impression 3D après-traitement représente une grande partie du coût total (jusqu'à 40 %), principalement en raison du coût de l'équipement de traitement thermique et de l'usinage de précision. Le coût du post-traitement en usinage est faible (environ 10 à 15 %), mais le coût de l'usure des outils est élevé dans la production à grande échelle-.
3, Scénario d'application : passer de la "personnalisation à haute valeur ajoutée-à la "standardisation à grande-standardisation" dans le même domaine
1. Post-traitement de l'impression 3D métal : se concentrer sur des seuils élevés et des scénarios intéressants.
Aérospatiale : Une certaine entreprise aérospatiale utilise l’impression 3D pour fabriquer des chambres de combustion de moteurs. Pour obtenir une densité de matière de 99,9%, ils éliminent les pores internes en les traitant par pressage isostatique à chaud (HIP). Cela rend les pièces fiables dans des environnements à haute-pression et haute-température.
Implants médicaux : une entreprise orthopédique particulière utilise un os artificiel à structure poreuse en alliage de titane imprimé en 3D, améliore la connexion des pores grâce à un traitement de polissage électrolytique, encourage la prolifération des cellules osseuses et augmente le taux de réussite clinique à 98 %.
Moule complexe : un certain fournisseur d'intérieurs automobiles a réduit le cycle de moulage par injection de 40 % et augmenté le rendement du produit à 99,5 % en imprimant en 3D des moules à canal de refroidissement conformes et en utilisant l'EDM (usinage par décharge électrique) pour améliorer la cavité du moule.
2. Post-traitement d'usinage traditionnel : leader de la production à grande échelle-et standardisée
Moteur automobile : une certaine entreprise automobile fabrique des pièces importantes telles que des blocs-cylindres et des vilebrequins en les usinant, puis en les traitant par carburation et trempe pour rendre la surface plus dure. Le moteur dure ainsi 200 000 kilomètres.
Electronique grand public : une entreprise qui fabrique des téléphones mobiles utilise l'usinage CNC sur des cadres en alliage d'aluminium et un traitement d'anodisation pour leur donner un aspect coloré. Ils peuvent fabriquer plus de 5 millions d'unités par mois.
Machines générales : une certaine entreprise de vannes fabrique des vannes à bille de haute-précision en les usinant, puis en ajoutant un chromage solide pour les rendre plus résistantes à l'usure. Ces vannes durent plus de 10 ans.
Tendances du marché :

Fabrication intégrée : de plus en plus d'entreprises utilisent une combinaison "impression 3D + usinage". Par exemple, un fournisseur de pièces d'aviation fabrique des ébauches formées presque-en utilisant l'impression 3D, puis utilise l'usinage pour obtenir la précision finale. Cela augmente l'utilisation de matériaux à 85 % et réduit les cycles de production de 60 %.
Mise à niveau intelligente : des algorithmes d'IA sont ajoutés au post-traitement-de l'impression 3D pour améliorer les paramètres du processus. Par exemple, une entreprise a utilisé des modèles d’apprentissage automatique pour deviner comment un traitement thermique modifierait la forme d’un objet, ce qui a fait passer le taux de qualification du traitement de 82 % à 95 %.