GE增材:具有增強後處理和質量控制的金屬3D列印

按照傳統製造工藝，在最終用途零件進行批量生產之前，通常首先採用CNC加工來製造金屬原型來進行裝配和功能測試，然後再通過其他工藝進行批量生產。金屬3D列印作為一種新型便捷的製造工藝，加工出來的零件性能與傳統零件相當，甚至更好。

GE Additive開發的3D列印燃油噴嘴就是最為知名的應用案例。它將20個零件組合成一個單元，幾何形狀過於複雜以至於無法通過傳統工藝製造，3D列印將其實現了一體化成型，並減輕了25％的重量。

3D列印僅是整個製造過程最前端的環節

然而，3D列印僅僅是整個製造過程的其中一環，將金屬3D列印提升到更高生產水平的一個重要要素是後期處理，包括後期加工選項、材料可追溯性、檢驗報告以及相關認證，以確保高質量零件符合最終用途和行業標準。

通過機加工滿足關鍵特徵要求

3D列印後的CNC加工可以實現高要求零件所需的更嚴格的公差，同時還能滿足增材製造的設計自由度。

通常，SLM列印的零件公差為±0.003英寸（0.076毫米），經過後處理CNC精加工後可達±0.001英寸（0.0254mm）。與大多數3D列印過程一樣，使用線切割工具機或帶鋸將零件從構建基板上取下，並用手動工具去除支撐，對於需要更嚴格公差的關鍵特徵，機加工能夠滿足要求。

與SLM列印後的情況相比，精密加工可在製造後實現更嚴格的公差和更好的表面質量

此外，後期加工也可用於提高表面質量。3D列印金屬零件的標準表面粗糙度範圍為5-10 m，具體取決於方向、材料和層厚度。後期加工可以實現最高2μm左右的表面粗糙度。CNC加工的更高精度非常適合製造精確的孔和螺紋。

通過粉末分析和材料可追溯性進行質量控制

隨著航空航天和醫療等受到嚴格監管的行業將3D列印作為最終用途製造工藝，對於粉末材料的分析和可追溯性變得至關重要。

通過按照ASTM標準採購材料並實行單批次跟蹤，材料質量控制在列印過程開始之前就開始了。材料採購後還將進行頻繁的粉末測試確保符合ASTM規定的化學成分。除遵循這些流程外，粒度分布測試也被包括在其中，同時也會記錄源粉末的分析和機械測試數據。

通過熱處理強化零件

對3D列印的零件進行熱處理可以消除應力、降低潛在的變形和開裂風險，同時還可以使最終用途部件韌性更好、更加耐用，提高材料的綜合力學性能。常用的熱處理手段包括去應力退火、熱等靜壓、固溶退火和時效處理。

SLM過程中發生的快速加熱和冷卻可能會增加零件內部應力，因此每個SLM零件都需要按照ASTM 3301標準進行應力消除處理。專門的熱處理技術如熱等靜壓（HIP），通過在高溫條件下施加均勻的壓力可以消除大部分零件內部空隙，為減少故障提供了另一種控制方式，這是航空航天應用的普遍要求。

對3D列印的零件進行熱處理

退火是最終用途SLM零件的另一種熱處理選擇。此過程將零件加熱到高溫，然後迅速冷卻，從而改變了零件的實際微觀結構並提高了延展性。時效提高了零件的疲勞強度，使其可與鍛造材料媲美。

機械測試可以在熱處理後進行，確保生產零件的機械要求得到滿足。相關測試通常包括拉伸強度、洛氏硬度、疲勞和振動等。

質量保證和檢驗報告

為了確保具有高要求的零件符合嚴格的標準，需要提供許多質量檢查選項來評估零件的幾何結構、材料組織以及尺寸特徵，檢查零件是否在公差範圍內並具有所要求的內部結構。根據具體零件和注意事項，可以通過坐標測量機（CMM）、光學、CT掃描以及X射線來實現。質量報告和認證有助於根據行業標準驗證零件，這在具有行業特定要求和高度安全考慮的行業（如航空和航天）至關重要。

GE Additive指出，航空和航天是增材製造應用最為激進的領域，其產品以具有很長的壽命周期和極高的安全要求而聞名。有些零件在起飛和著陸期間，或在遭遇空氣湍流的情況下將面臨高水平的熱負荷或機械負荷，這也是大多數部件要求製造檔案的一個重要原因。

3D列印的航空發動機部件與傳統製造部件對比

這些高安全性和質量標準通過AS9100（航空器、航天和國防工業的國際管理標準）進行監管。該標準為供應商提供了全面的質量體系，以向航空航天和軍事實體提供安全可靠的產品。製造商可以按照AS9100質量管理體系的AS9102報告進行SLM生產零件的首次物品檢驗（FAI），驗證最終零件是否符合原始圖紙、採購訂單以及其他註明的規範。

總而言之，金屬3D列印的後處理可改善尺寸精度、表面粗糙度和機械性能。生產高質量零件不僅限於3D列印的製造過程，附加的後處理為高要求的最終用途零件提供了高級選項。

註：本文內容來自3D列印技術參考。