Ardıl İşlemler Nelerdir? Neden Ardıl İşlemlere İhtiyaç Duyuyoruz?

Ardıl işlemler, Metal 3d Yazıcılarda Eklemeli İmalat yöntemleri ile parçanın üretiminin ardından parçayı iyileştirmeye yönelik yapılan bütün işlemleri kapsamaktadır. Hedeflenen özelliklere göre yüzey pürüzlüğünün düşürülmesi, çok hassas toleranslar için yeniden işleme yapılması, destek yapılarının temizlenmesi ve proses sonrası gerilmelerin giderilmesi için ardıl işlemler gerekebilmektedir.

Ardıl İşlemler Ne Amaçla Yapılmaktadır? Ne Tür Ardıl İşlem Prosesleri Vardır?

Ardıl işlemler başlıca parçanın mekanik özelliklerinin artırılması, yüzey kalitesinin iyileştirilmesi, hassas geometrik tolerans değerlerinin sağlanması ve mikroyapının iyileştirilmesi amacıyla yapılmaktadır. Destek yapılarının çıkarılması ve toz temizlenmesi işlemi de ardıl işlem Mekanik özelliklerin artırılması amacıyla yapılan ardıl işlemlere; sinterleme, yaşlandırma ve HIP gibi ısıl işlemler örnek verilebilir. Metal eklemeli imalat teknolojilerinin en yaygınları Seçici Lazer Ergitme (İng. Selective Laser Melting, SLM), Elektron Işın Ergitme (İng. Electron Beam Melting, EBM) ve Yapıştırıcı Püskürtme (İng. Binder Jetting, BJ) teknolojilerinin her biri farklı bir prosese sahiptir. Bu yüzden her bir eklemeli imalat yöntemi farklı bir ısıl işleme ihtiyaç duymaktadır. SLM teknolojisinde, metal toz katmanı lazerle işlendikten sonra ani bir soğuma safhası oluşur. Bundan dolayı kalıntı iç gerilmeler oluşabilmektedir. Bu iç gerilmeler parçayı plakadan ayırırken deformasyon, kırılma ve çatlamalara yol açabilir. Bu yöntemde parçanın plakaya kaynatıldığını unutmamak gerekir. Bu sebeple parçanın sahip olduğu iç gerilmelerin giderilmesi amaçlı plakadan ayrılmadan önce ısıl işlem uygulanır. Her malzeme için stres giderilmesinde özel olarak belirlenen ısıl işlemler mevcuttur. Electron Beam Melting yöntemiyle üretimde ergitme sıcaklığı lazerle ergitmeye kıyasla çok daha yüksek sıcaklıklarda yapılır. Böylelikle kalıntı gerilmeler henüz proses esnasında elimine edilir bundan dolayı elektron ile işlemede genellikle ısıl işleme ihtiyaç duyulmamaktadır. Binder Jetting yönteminde ise Selective Laser Melting ve Electron Beam Melting aksine bir eritme işlemi bulunmamaktadır. Bu proseste ısı yalnızca üretim haznesinin duvarlarına ve tabanına verilir. Tozlar birbirine kızılötesi ışınlarla yapıştırılır ancak bu ışınlar parçada kalıntı gerilmeler oluşturacak kadar büyük bir ısı oluşturmamaktadır. Farklı olarak Binder Jetting prosesi sonrasında diğer proseslerde ihtiyaç duyulmayan sinterlemeye ihtiyaç duyulur çünkü işlem sonunda oluşan parça yalnızca %50 oranında yoğunluğa sahiptir. Bu sebeple parçayı bütünleştirmek ve yoğunluğunu optimize etmek için sinterleme yapılır. Binder Jetting üretim yöntemine bu ısıl işlem prosesi dahildir. Bundan dolayı Binder Jetting yöntemiyle üretilen parçalarda stres gidermeye ihtiyaç duyulmaz. Özellikle Selective Laser Melting yöntemiyle bazı malzemelerin üretimi sonrasında stres gerilme için yapılan ısıl işlemler haricinde Sıcak İzostatik Presleme (İng. Hot Isostatic Pressing, HIP) önerilmektedir. HIP prosesinde amaç yüksek performanslı parçalar için parçadaki gerilmelerin giderilmesi, 400 ile 2.070 bar arasında uygulanan basınçlar ve 2.000°C’ye varan sıcaklık uygulamaları ile parça yoğunluğunun %100’e ulaştırılması ve malzeme sünekliği ile yorulma direncinin iyileştirilmesidir. Özetle ısıl işlemler, stres giderme ihtiyacı duyulan eklemeli imalat yöntemleri için çok önemlidir. Eklemeli imalat yönteminize yönelik ısıl işlemler parça genelinde malzeme özelliklerinin dengelenmesini ve mikroyapı düzenlemesi yaparak parçalarınızın kararlı hale getirilmesini sağlar.

Yüzey kalitesinin iyileştirilmesi amacıyla yapılan ardıl işlemlere; kumlama, tamburlama, elektropolisaj ve Hirtisation® gibi işlemler örnek verilebilir. Farklı metal eklemeli imalat çeşitlerinde, farklı yüzey pürüzlülüğüne sahip parçalar üretilebilmektedir. Genel yüzey pürüzlülük değerleri Selective Lazer Melting yöntemiyle üretimde 5 µm ile 20 µm arasında, Electron Beam Melting ile üretimde 10 µm ile 40 µm arasında, Binder Jetting yöntemiyle üretimde ise 5 µm ile 15 µm arasındadır (X/Y yönünde Rz). Bu yüzey pürüzlülüğü değerleri ardıl işlem süreçleriyle geliştirilebilmektedir. Yaygın ve eski yöntemlere kıyasla Hirtisation® işlemi çok daha yenilikçi bir teknolojidir. Hirtisation® prosesi yalnızca parçanın yüzey pürüzlülük değerleri iyileştirilmesi değil aynı zamanda destek yapılarının temizlenmesine de olanak sağlar. Bu sebeple diğer yöntemlerden oldukça öne çıkmaktadır. Parçaların alt taştan ayrılması için destek yapılarının temizlenmesi zaman alan ek bir ardıl işlemdir. Hirtisation® ile yüzey kalitesinin iyileştirilmesi ve destek yapılarının temizlenmesi işlemlerini tek proseste yaparak ardıl işlem sürecinizi kısaltabilir ve tekrarlanabilirliğini artırabilirsiniz. Yüzey kalitesi kriterlerinde parça renginin de önemli olduğunu söylemek gerekir. Özellikle üretim haznesinde bulunan çok düşük miktarda oksijen kalıntıları, nihai parça içinde istenmeyen renklere neden olabilir. Bu tip yüzeydeki istenmeyen renklerin giderilmesi kumlama (blasting) makineleriyle kolaylıkla yapılabilmektedir.

Hassas geometrik tolerans değerlerinin sağlanması amacıyla yapılan ardıl işlemlere; freze, kılavuz çekme, tornalama gibi işleme yöntemleri örnek verilebilir. Üretilmesi istenen parçanın geometrik tolerans değerleri, genel eklemeli imalat toleranslarından sapıyorsa parçanın geometrik tolerans değerlerine ulaşması amacıyla işlenmesi gerekir. Hassas geometrik toleransa sahip olunan bölgelerin işlenebilmesi için üretim öncesinde parça düzenlenerek ihtiyaç duyulan bölgelere işleme payı verilmelidir. Böylelikle eklemeli imalat ile geleneksel imalat yöntemleri hibrit şekilde kullanılarak çözüme ulaşılır.

Toz temizlenmesi ardıl işlemine önceden bahsettiğimiz metal eklemeli imalat yöntemlerinin hepsinde ortak olarak ihtiyaç duyulmaktadır. Manuel toz giderme ile ilgili temel endişe sağlık riskleri oluşturmasıdır. Bunun nedeni, manuel toz gidermenin, kullanıcıları kaçınılmaz olarak sağlığa zararlı olan ince toz tozuyla doğrudan temas etmesidir. Ayrıca düşükte olsa patlama riskinin olması bu konunun çokça öneme sahip olduğunu desteklemektedir. Tozların temizlenme süreci eğer manuel olarak yapılırsa burada tekrarlanabilirlik açısından sorunlar oluşabilir. Çünkü manuel toz temizlemede işlem yalnızca operatörün becerisine bırakılır. Bu, tutarlı bir temizlik kalitesinin sağlanamayacağı anlamına gelir. Bu sebeple bu konuda otomatik toz temizlenmesi üzerine tahsis edilmiş özel makineler bulunmaktadır.