Katere so običajne metode površinske obdelave za 3D-tiskanje kovin?

1, Mehanska natančna obdelava: od tradicionalne izdelave do inteligentne nadgradnje
Mehanska natančna obdelava izravnava površine s fizičnim odvzemom materialov. To je glavni način za dokončanje kovinskega 3D tiskanja. Glavne stvari, ki jih počne, so:
ročno poliranje
Uporaba opreme, kot sta brusni papir in polirna pasta, za postopno poliranje lahko močno zmanjša hrapavost površine (vrednost Ra lahko naraste od 10–20 μm do manj kot 0,8 μm). Po drugi strani pa je ta postopek zelo odvisen od delovnih izkušenj, ni zelo ponovljiv ali učinkovit in je dober samo za izdelavo majhnih serij izdelkov z visoko-dodano-vrednostjo, kot so nakit in umetnine.
CNC numerično krmiljeno brušenje
Skupna uporaba CNC obdelovalnih strojev in diamantnih rezalnih orodij omogoča izdelavo zapletenih površin z zelo visoko natančnostjo (± 0,01 mm). Vendar je težko delati z zapletenimi značilnostmi, kot so notranji pretočni kanali in rešetkaste strukture, saj je orodje težko dostopno. Tehnika strojne obdelave z električnim praznjenjem (EDM) je potrebna na primer za izdelavo hladilnih lukenj v turbinskih lopaticah letalskih motorjev.
Sistem za avtomatsko poliranje
Zhejiang Tuobo in druga podjetja so izdala robotski avtomatski sistem za poliranje, ki lahko odstrani podporne strukture in polira površine hkrati z uporabo 3D vizualnega pozicioniranja in nadzora povratne sile. Ta sistem lahko deluje z roboti različnih podjetij, kot sta ABB in KUKA. Je 3–5-krat hitrejši kot pri ročnem opravljanju istega dela in ohranja površinsko netočnost pod ± 0,05 mm. Veliko se uporablja na področjih, kot so medicinska oprema in avtomobilski deli.
2. Kemična in elektrokemijska obdelava: nadzor mikrostrukture in dodajanje novih funkcij
Kemična obdelava spremeni površino materiala z raztapljanjem ali odlaganjem. Njegove glavne dejavnosti so:
poliranje s kemikalijami
Z uporabo kislih ali alkalnih raztopin za selektivno raztapljanje površine se lahko znebite napak, kot sta sferoidizacija in žlindra, ki nastanejo med tiskanjem. Kemično poliranje lahko na primer naredi površino vsadkov iz titanove zlitine manj grobo, s 6–12 μm na 0,2–1 μm, prav tako pa lahko ustvari pasivno plast, da postanejo bolj odporni proti koroziji. Ta postopek pomembno vpliva na obdelavo votlih struktur, vendar je potreben strog nadzor koncentracije raztopine in temperature, da se prepreči čezmerna korozija.
Elektrokemično poliranje (ECP)
Uporabite enosmerni tok v elektrolitu, da selektivno raztopite mikro štrline na kovinski površini. Tako bo površina gladka kot ogledalo (vrednost Ra je lahko 0,01 μm ali manj). Veliko medicinske opreme uporablja to metodo. Na primer, po obdelavi z ECP se površinska hrapavost sklepnih protez iz kobalt-kromove zlitine zmanjša za 90 %, odpornost proti obrabi se poveča za trikrat, vzorce tiskarskih plasti pa je mogoče odpraviti, kar izpolnjuje zahteve biokompatibilnosti.
eloksiranje
Elektrolitski procesi lahko ustvarijo goste oksidne prevleke (debele 5–20 μm) na lahkih zlitinah, kot so aluminijeve zlitine. Te folije lahko močno povečajo trdoto (do 500HV) in odpornost proti koroziji. Na primer, po obdelavi s trdim anodiziranjem lahko strukturne komponente letalstva vzdržijo korozijo več kot 5000 ur v okolju s 3,5-odstotnim solnim razpršilom NaCl. Mikroporozna narava sloja filma lahko tudi vpije maziva in zmanjša koeficient trenja.
3. Tehnologija premazovanja in platinga: Kombinacija funkcionalne zaščite in dekoracije
Tehnologija premazovanja ustvari zaščitni premaz na površini s fizikalnim ali kemičnim nanosom nečesa. Glavni koraki v tem procesu so:
PVD je kratica za Physical Vapor Deposition.
Uporaba visoko{0}}energetskega ionskega bombardiranja za nanos trdih premazov, kot sta TiN in CrN, na površino substrata. Ta postopek lahko bistveno izboljša odpornost proti obrabi kalupnega jekla (podaljša njegovo življenjsko dobo za 3-5 krat), debelina prevleke pa je le 1-5 μm, ne da bi to vplivalo na dimenzijsko natančnost delov. Na primer, eno podjetje je uporabilo PVD za obdelavo 3D natisnjenih kalupov in povečalo frekvenco žigosanja s 100.000 na 500.000-krat.
Galvanizacija in kemična obdelava
Galvanizacija uporablja elektrolitske reakcije za nanos kovinskih plasti (kot sta Ni in Cu) na površino, zaradi česar je manjša verjetnost korozije in bolj prevodna. Po drugi strani pa kemično nanašanje uporablja samo-katalitične reakcije, da naredi površino enakomerno (kot kemično nanašanje nikljeve fosforne zlitine). Na primer, eno podjetje uporablja brezelektrično nikljanje za 3D tiskanje toplotnih odvodov iz bakrene zlitine. Zaradi tega so odporni na slano pršilo 1000 ur namesto 48 ur, medtem ko imajo še vedno toplotno prevodnost 200 W/(m · K) ali več.
Škropljenje in prekrivanje s pudrom
Nanos z brizganjem uporablja pretok zraka pod visokim{0}}tlakom za lepljenje praškastega ali tekočega premaza na površino in ustvarja zaščitno plast, ki je debela 20–100 μm. Po drugi strani pa prašno pršenje uporablja elektrostatično adsorpcijo za enakomerno porazdelitev prahu, ki tvori debel premaz, ko se ohladi. Ta metoda deluje za orodja na prostem, industrijske stroje in druge situacije. Na primer, eno podjetje uporablja praškasto lakiranje za obdelavo 3D-natisnjenih jeklenih strukturnih elementov, zaradi česar so odporni na nevtralni slani pršilec več kot 2000 ur.
4. Nove tehnologije: Laserski in kompozitni procesi Vodilna inovacija: Lasersko poliranje
Uporaba visoko{0}}energijskih laserskih žarkov za taljenje površinskih materialov na majhnem območju in nato pretakanje staljenega bazena za izravnavo površine. Ta metoda lahko deluje na ukrivljenih površinah, ki jih je težko doseči in imajo majhno območje toplotnega vpliva (manj kot ali enako 0,1 mm). Določeno podjetje na primer uporablja lasersko poliranje za 3D-tiskanje visoko-temperaturnih zlitin na osnovi niklja, s čimer zmanjša površinsko hrapavost z Ra 8 μm na Ra 2 μm, medtem ko ohrani mehanske lastnosti materiala nespremenjene.
Abrasive Flow Machining (AFM)
Za poliranje kompleksnih elementov, kot so prečne luknje in notranji pretočni kanali, viskoelastičen abrazivni material teče skozi notranjo komoro komponente. Ta postopek lahko deluje na težko dostopnih mestih. Na primer, eno podjetje uporablja AFM za obdelavo 3D-natisnjenih šob za letalsko gorivo, zaradi česar je notranja površina manj groba (od Ra 16 μm do Ra 1,6 μm) in izboljša enakomernost pretoka za 20 %.
Integracija sestavljenih procesov
Uporaba več kot ene metode obdelave za skupno delovanje za povečanje učinkovitosti. Na primer, določeno podjetje sprejme kombinirani postopek "kemično poliranje+eloksiranje+PVD prevleka" za 3D-tiskanje vsadkov iz titanove zlitine, ki zmanjša površinsko hrapavost na Ra 0,05 μm, izboljša odpornost proti koroziji za 5-krat, trdnost vezi med prevleko in substratom pa doseže 40MPa, kar izpolnjuje-zahteve dolgoročne uporabe ortopedskih vsadkov.