Kakšna je vloga kemičnega poliranja pri 3D tiskanju kovin?

一, Glavna ideja kemičnega poliranja je selektivno raztapljanje in obnavljanje površine.
Oksidacijsko-redukcijska interakcija med kemičnimi reagenti (kot so kisle ali alkalne raztopine) in kovinsko površino poskrbi za regulirano raztapljanje površinske plasti med kemičnim poliranjem. Njegovi glavni deli so:
Mikroskopske izbokline se lažje raztopijo: Ko je površina neravna (na primer, ko so prisotne sledi prekrivanja zvarnega bazena ali nestaljeni delci prahu), pride do pojava "izbokline, ki se prednostno raztopi", ker je bolj izpostavljeno območje in hitrejša stopnja kemične reakcije.
Izravnava preko površinske napetosti: Ko se kovinski ioni raztopijo, gredo zaradi površinske napetosti proti konkavnim mestom. To ustvari gladko in enakomerno površino, ko se strdi. Kemično poliranje lahko na primer zniža površinsko hrapavost (Ra) 3D-natisnjene titanove zlitine s 6–12 μm na 0,2–1 μm, kar je znotraj meril biokompatibilnosti, potrebnih za medicinske vsadke.
Odstranitev sloja z napako: S kemičnim poliranjem lahko natančno odstranimo delce nestaljenega prahu, ki so prilepljeni na površino (približno 70 μm debeline), kar preprečuje podpovršinske poškodbe, do katerih lahko pride pri standardnem mehanskem poliranju. Singapurski raziskovalci so ustvarili nov način za poliranje nerjavečega jekla 316L, ki uporablja visoko-napetostne impulze in tradicionalno elektrokemično poliranje, da je površina manj groba. Nova metoda ohranja lastnosti-absorpcije energije prvotne mrežne strukture.
2, Glavni namen kemičnega poliranja je izboljšati površino in jo narediti bolj uporabno.
1. Izboljšanje kakovosti površine: premagovanje geometrijskih omejitev in poliranje kompleksnih struktur
Ko gre za poliranje, je težko delati s kovinskimi 3D-tiskanjem zapletenih geometrijskih oblik, kot so mreže, notranji kanali in porozne strukture. Kemično poliranje, ki ne zahteva stika, je zdaj najboljši način za obdelavo tovrstnih struktur:
Poliranje notranjih kanalov: Kemični reagenti lahko gredo v notranje kanale, ki so široki le nekaj mikrometrov, da se znebijo robov, ki nastanejo zaradi prekrivanja bazena taline. Na primer, po kemičnem poliranju notranji pretočni kanal šobe za gorivo v motorju letala zmanjša upor pretoka za 15 % in motor porabi manj goriva.
Optimiziranje porozne strukture: s kemičnim poliranjem se lahko znebite ohlapnih sferičnih plasti na površini por medicinskih vsadkov, kot so kolčne čašice in naprave za medkoreninsko fuzijo. Tako se kostne celice lažje držijo vsadkov. Študije kažejo, da se površinska hrapavost polirane porozne titanove zlitine zmanjša za 90 %, medtem ko se stopnja integracije kosti poveča za 40 %.
Kemično poliranje lahko deluje na kateri koli obliki dela, zato lahko deluje tudi na prostih-površinah. Kemično poliranje je na primer naredilo zapleteno aerodinamično površino 3D natisnjenih turbinskih lopatic bolj gladko za 10 μm do 1 μm in povečalo njihovo aerodinamično zmogljivost za 8 %.
2. Izboljšanje mehanske zmogljivosti: znebite se napak in podaljšajte življenjsko dobo zaradi utrujenosti
Utrudilne razpoke v kovinskih 3D natisnjenih predmetih se začnejo s površinskimi napakami. Kemično poliranje izboljša mehanske lastnosti na naslednje načine:
zmanjšanje preostale napetosti: Kemično poliranje lahko delno zmanjša preostalo napetost, ki jo povzroči tiskanje, tako da raztaplja drobne predele. Kemično poliranje lahko na primer podaljša življenjsko dobo nizkociklične utrujenosti 3D-natisnjenih visokotemperaturnih-zlitin na osnovi niklja s 5000 ciklov na 12000 ciklov.
Odstranitev vzroka za nastanek razpok: Prekrivajoče se sledi nestaljenih praškastih delcev in staljenega bazena so pogosta mesta, kjer se začnejo razpoke. Kemično poliranje lahko odpravi te težave in dvigne prag za rast razpok zaradi utrujenosti za 30 %.
Površinska zgostitev: Površinska plast postane gostejša po kemičnem poliranju zaradi procesa raztapljanja in nato ponovnega strjevanja. Na primer, po kemičnem poliranju se poroznost 3D-natisnjene zlitine kobalta in kroma zmanjša z 0,8 % na 0,02 %, njena odpornost proti koroziji pa se poveča za petkrat.
3. Optimizacija biokompatibilnosti: izpolnjuje stroge medicinske standarde
Medicinski vsadki morajo imeti zelo gladko površino in biti biokompatibilni. Kemično poliranje služi potrebam medicinskega področja na naslednje načine:
Grobe površine lahko hitro postanejo skrovišča za bakterije, zato poskrbite, da bodo čiste. Kemično poliranje lahko naredi površine bolj gladke do pod-mikronske ravni, kar močno zmanjša tveganje okužbe. Po kemičnem poliranju se je pritrditev Staphylococcus aureus na kolenske vsadke iz 3D-natisnjene titanove zlitine zmanjšala na primer za 90 %.
Nadzirajte sproščanje ionov: Ko karkoli polirate mehansko, lahko doda onesnaževalce, ki povzročijo preveč sproščanja nevarnih ionov (kot so ioni niklja). Kemično poliranje očisti površino samo s kemičnimi reakcijami, kar zagotavlja, da sproščanje ionov izpolnjuje zahteve ISO 10993 glede biokompatibilnosti.
Spodbujanje regeneracije tkiva: gladke površine lahko pomagajo celicam pri lepljenju in zmanjšajo imunološke reakcije. Študije kažejo, da se hitrost rasti osteoblastov na površini kemično polirane 3D natisnjene porozne titanove zlitine podvoji.
3, Uporaba kemičnega poliranja v industriji: od testiranja prototipov do izdelave končnih izdelkov
1. Letalstvo: Zanesljivost stvari v težkih pogojih
Lopatice letalskih motorjev, zgorevalne komore in drugi deli morajo biti sposobni prenašati ekstremne temperature, pritiske in korozivne pogoje. Kemično poliranje podaljša življenjsko dobo delov z izboljšanjem stanja površine.
Turbinske lopatice: s kemičnim poliranjem se lahko znebite madežev, ki jih pusti staljena voda na površini lopatic, in upočasnite proces visoko{0}}temperaturne oksidacije. Po kemičnem poliranju lahko lopatice turbine motorja LEAP družbe GE Aviation na primer prenesejo 50 stopinj višje temperature in zdržijo 20 % dlje.
S kemičnim poliranjem se lahko znebite mikrorazpok na notranji strani obloge zgorevalne komore, zaradi česar bolje prenaša toplotne obremenitve. 1000-stopinjski preskus termičnega cikla je pokazal, da je stopnja širjenja razpok pri oblogah iz polirane-nikljeve zlitine 60 % manjša.
2. Medicinski vsadki: zaradi česar so edinstveni in uporabni
Kemično poliranje je najpomembnejši del naknadne-obdelave medicinskega 3D-tiskanja. Podpira celoten proces, od prilagajanja dizajnov do zagotavljanja njihovega delovanja:
Ortopedski vsadki, kot so kolčne čašice in naprave za medkoreninsko fuzijo, so narejeni tako, da se prilegajo pacientovemu telesu in potrebujejo kemično poliranje, da se doseže pravo ravnovesje med gladkostjo in učinkovitostjo integracije kosti. Johnson&Johnson's DePuy Synthes 3D tiskana fuzijska naprava iz titanove zlitine ima na primer površinsko hrapavost 0,8 μm po kemičnem poliranju in klinično uspešnost več kot 95 %.
Kardiovaskularni stent: s kemičnim poliranjem se lahko znebite brazd na površini stenta in zmanjšate možnost tromboze. Po kemičnem poliranju se je površinska hrapavost 3D-natisnjenega stenta iz nikljeve titanove zlitine družbe Boston Scientific zmanjšala s 5 μm na 0,5 μm, stopnja endotelizacije pa se je povečala za 30 %.
3. Industrijska oprema: zmanjšajte stroške vzdrževanja in izboljšajte delovanje
Kemično poliranje izboljša stanje površin, kar zmanjša trenje in porabo energije industrijske opreme.
Izdelava kalupov: Po kemičnem poliranju se površinska hrapavost 3D natisnjenih kalupov za brizganje dvigne z 8 μm na 0,5 μm, sila, potrebna za odstranitev kalupa, se zmanjša za 40 % in kalup zdrži trikrat dlje.
S kemičnim poliranjem se lahko znebite robov v pretočnem kanalu telesa ventila in olajšate pretok tekočin. Na primer, po kemičnem poliranju Caterpillarjevo 3D-natisnjeno telo hidravličnega ventila zmanjša izgubo tlaka za 15 % in poveča učinkovitost sistema za 8 %.