Pourquoi le post-traitement détermine-t-il la qualité finale des pièces métalliques imprimées en 3D ?

1. Correction des défauts métallurgiques : de « lâches et poreux » à « denses et impeccables »
L’impression 3D métal présente des défauts intrinsèques au plus petit niveau car elle fond et se solidifie rapidement.

Problème de porosité : dans le processus SLM (Selective Laser Melting), des micropores peuvent se former à l'intérieur de la pièce si la poudre ne fusionne pas complètement ou si du gaz est piégé. Cela peut se produire lorsque la porosité est comprise entre 0,5 % et 1 %. Ces pores seront le premier endroit où se produiront des fissures de fatigue, ce qui rendra les pièces beaucoup moins difficiles à briser. Par exemple, la durée de vie moyenne à la rupture des aubes de turbine d'un moteur d'avion donné n'est que de 13 heures à 650 degrés et 690 MPa si elles ne sont pas post-traitées. Cependant, après le traitement de pressage isostatique à chaud (HIP), la durée de vie à la rupture s'est améliorée à 131 heures, ce qui répond aux exigences de conception.
Contrôle des contraintes résiduelles : un refroidissement inégal du matériau pendant l'impression peut provoquer une accumulation de contraintes résiduelles à l'intérieur de la pièce, ce qui peut la plier, la casser ou même ne pas s'emboîter. À titre d'exemple, la contrainte résiduelle dans l'alliage de titane Ti6Al4V peut être supérieure à la limite d'élasticité aux coins. S'il n'est pas recuit, le phénomène « d'explosion de bord » est susceptible de se produire lors de l'usinage ultérieur ; le recuit à 800-900 degrés améliore considérablement la stabilité du traitement.
Étapes importantes du post-traitement :

Pressage isostatique à chaud (HIP) : Lorsque les matériaux sont chauffés à des températures très élevées (généralement entre 900 et 1 200 degrés) et à des pressions très élevées (100 et 200 MPa), leurs trous internes se ferment, ce qui les rend presque deux fois plus denses.
Recuit pour soulager les contraintes : les tensions résiduelles sont évacuées pour rendre les dimensions plus stables en chauffant et en refroidissant lentement les cycles de maintien. Par exemple, après avoir été chauffées à 300 degrés, la contrainte résiduelle dans les pièces en alliage d'aluminium AlSi10Mg est réduite de 80 % et la déformation est maintenue à 0,1 mm près.
2. Améliorer les performances : de « l'anisotropie » à « l'équilibre omnidirectionnel »
Les qualités d’empilement des couches intercalaires de l’impression 3D métal font que ses propriétés mécaniques sont différentes dans différentes directions (anisotropie). Le post-traitement peut équilibrer les performances en contrôlant le tissu :

Affinement du grain : la flexibilité et la résistance du matériau peuvent être réduites par les cristaux colonnaires grossiers qui se développent lorsque la substance refroidit rapidement après l'impression. Le raffinage du grain et la précipitation des phases de renforcement peuvent être accélérés par un traitement en solution (comme le traitement en solution à 1080 degrés de l'alliage Inconel 718 à haute -température) et un traitement de vieillissement (vieillissement à 550 degrés pendant 8 heures). Cela peut augmenter la résistance à la traction jusqu'à plus de 1 300 MPa.
Amélioration de la dureté : Le processus de trempe refroidit rapidement le matériau, créant une structure martensitique qui rend la surface beaucoup plus dure. Après trempe à 1050 degrés, la dureté des pièces en acier inoxydable 316L passe de 180HV à 350HV, et les pièces sont trois fois plus résistantes à l'usure.
Étapes importantes du post-traitement :

Package de traitement thermique : une méthode personnalisée « recuit+solution+vieillissement » pour chaque matériau, comme « recuit à 800 degrés +550 vieillissement degrés » pour Ti6Al4V, qui peut améliorer à la fois la résistance et la ténacité.
En chauffant chimiquement la surface de la pièce, comme par nitruration et cémentation, un revêtement dur est produit qui la rend plus résistante à l'usure. Après traitement de nitruration, la dureté de surface des pièces d'engrenage peut dépasser 600HV et les pièces peuvent durer cinq fois plus longtemps.
3, Contrôle de la précision dimensionnelle : du « moulage intensif » à « l'assemblage de précision »
La plupart des produits métalliques imprimés en 3D ont au début une précision dimensionnelle de ± 0,1 mm, ce qui rend difficile la satisfaction des besoins d'assemblage de précision. Cependant, l'usinage peut rendre le post-traitement-précis au micromètre près.

Correction des dimensions critiques : l'usinage CNC doit être utilisé pour gérer les tolérances dans les positions qui incluent l'étanchéité, la connexion et les paires mobiles. Par exemple, la surface de contact d'une partie du corps d'une vanne hydraulique doit être usinée sur cinq axes pour améliorer la précision dimensionnelle de ± 0,05 mm à ± 0,01 mm.
Décollage de la structure de support : La structure de support qui a été ajoutée lors de l'impression laissera certaines marques qui devront être soigneusement effacées par usinage électrolytique ou découpe laser afin que la structure principale ne soit pas endommagée.
Moyens importants à traiter après :

Usinage de précision : utilisation d'une rectification d'ultra-précision, d'un usinage par électroérosion (EDM) et d'autres méthodes pour obtenir des niveaux de précision IT5 à IT7.
Rechercher et réparer des problèmes en ligne : une machine à mesurer les coordonnées (MMT) fournit des données en-temps réel sur les écarts dimensionnels afin que les paramètres de traitement puissent être modifiés et que la production par lots soit cohérente.
4. Meilleure qualité de surface : de la « superposition rugueuse » à la « douceur semblable à celle d'un miroir »
La rugosité de surface (Ra) de l'impression 3D métal est généralement comprise entre 8 et 12 μm, ce qui est nettement supérieur aux 0,8 à 3,2 μm de l'usinage traditionnel. Le post-traitement peut rendre la surface lisse en utilisant des méthodes physiques et chimiques :

Motivé par des exigences fonctionnelles : dans le secteur des dispositifs médicaux, la rugosité des surfaces doit être maintenue en dessous de Ra<0.8 μ m to keep germs from sticking; in the field of optics, surface roughness must be below Ra<0.1 μ m to meet the need for transmittance.
Protection contre la corrosion : les surfaces rugueuses peuvent faire pénétrer plus rapidement les substances corrosives. Elles doivent donc être polies ou galvanisées pour former un revêtement protecteur épais. Par exemple, après un polissage électrolytique, les pièces du génie maritime peuvent désormais résister à la corrosion par brouillard salin pendant 500 heures au lieu de seulement 24 heures.
Méthodes de post-traitement importantes :

Polissage mécanique : la valeur Ra ​​est ramenée à moins de 0,4 μm en appliquant des méthodes telles que le meulage sur bande de sable et le polissage magnéto-rhéologique.
Le placage chimique ou la galvanoplastie ajoute des couches métalliques comme le nickel et le chrome à la surface des objets pour les rendre plus beaux et les protéger de la rouille. Par exemple, après un nickelage chimique, la brillance d'une certaine décoration automobile est supérieure à 90 %.