Na kakšno raven lahko poliranje dvigne površino kovinskega 3D tiska?

1. Površinska hrapavost: preskok iz mikrometrov v nanometre
Hrapavost površine je ključno merilo kakovosti površine dela. Neposredno vpliva na to, kako dobro je odporen proti koroziji, kako dobro deluje s trenjem in kako dobro deluje s svetlobo. Nastavitve procesa, vrsta materiala in smer tiskanja imajo velik vpliv na to, kako grobi so kovinski 3D-natisnjeni deli na začetku. Na primer, površinska hrapavost delov iz titanove zlitine, izdelanih z metodo laserskega taljenja prahu (LPBF), je lahko tako visoka kot Ra15–20 μm, če se meri v smeri tiskanja. Pri merjenju vzdolž smeri tiskanja pa je lahko hrapavost le Ra8–12 μm, ker se plasti tesneje prekrivajo. Poliranje lahko naredi površino veliko bolj gladko:
Mehansko poliranje: z uporabo avtomatiziranih polirnih strojev in diamantnih abrazivov je mogoče površinsko hrapavost delov iz aluminijeve zlitine, izdelanih po metodi BJ (naprševanje z lepilom), znižati z Ra2,4 μm na Ra0,8 μm ali manj, kar je dovolj dobro za večino del mehanskega sestavljanja. Za visoko{3}}natančne potrebe, kot so nosilci za optična zrcala, lahko več-stopenjsko poliranje (grobo poliranje → fino poliranje → ultra fino poliranje) zmanjša površinsko hrapavost na Ra0,05 μm, kar je blizu ravni tipičnega brušenja zrcala.
Kemično poliranje: Ta metoda uporablja kisle ali alkalne raztopine za selektivno raztapljanje površinskih izboklin. Dobro deluje na zapletene strukture notranjih votlin. Na primer, površinska hrapavost kardiovaskularnih stentov iz nerjavečega jekla 316L je po kemičnem poliranju prešla z Ra6 μm ​​na Ra0,2 μm. S tem so se znebili mikrokroglic-podobnih nastavkov, ki so nastali med tiskanjem, kar je zmanjšalo tveganje za trombozo.
Lasersko poliranje: uporaba močnih laserskih žarkov za taljenje površinskih materialov na majhnem območju in nato prepustite površinski napetosti tekoče kovine, da jo zgladi. Študije kažejo, da se je po petih laserskih skeniranjih komponent iz nerjavečega jekla 316L, izdelanih po metodi SLM, površinska hrapavost zmanjšala s Sa21 μm na Sa1 μm, s čimer je bila dosežena stopnja zmanjšanja 96 %, ne da bi nastala podpovršinska poškodovana plast, ki bi jo lahko pripisali mehanskemu poliranju.
2. Mikrostruktura: izboljšanje od napak do zgostitve
Poliranje ne le izboljša videz površine, ampak tudi naredi material močnejši, saj se znebite majhnih napak:
Zapiranje razpok: mikrorazpoke, ki nastanejo, ko se kovinski 3D-tiskanje prehitro ohladi, je mogoče delno zapreti z mehanskim pritiskom za poliranje. Na primer, po vibracijskem poliranju se je površinska gostota loma določene turbinske lopatice letalskega motorja zmanjšala za 40 %, življenjska doba visokociklične utrujenosti pa se je povečala za 25 %.
Sprostitev preostale napetosti: Kemično poliranje razbremeni preostalo natezno napetost z razbijanjem površinske plasti, kar preprečuje razpoke zaradi napetostne korozije. Luženje delov iz titanove zlitine TC4 je pokazalo, da se je preostala napetost na površini zmanjšala z -150 MPa na -50 MPa, stopnja korozije zaradi solnega pršila pa se je zmanjšala za 60 %.
Lasersko poliranje lahko povzroči ponovno taljenje površine, zaradi česar je lahko velikost zrn bolj enotna. Študije o-visokotemperaturni zlitini Inconel 718 kažejo, da lasersko poliranje izboljša velikost površinskih zrn s 50 μm na 10 μm, poveča trdoto za 15 % in zmanjša stopnjo pridobivanja teže oksidacije pri 650 stopinjah za 30 %.
3. Funkcionalna zmogljivost: prehod od osnovnega do višjega-cena
Izboljšanje kakovosti površine po-poliranju je neposredno povezano z optimizacijo funkcionalnega delovanja:
Izboljšana odpornost proti obrabi: zaradi bolj gladkih površin je manj verjetno, da bi se drobne konveksne entitete med seboj dotikale na kontaktni površini. Preskus trenja na GCr15 nosilnih jeklenih komponentah je pokazal, da se je s poliranjem površine od Ra1,6 μm do Ra0,2 μm koeficient trenja znižal z 0,15 na 0,08, količina obrabe pa za 70 %.
Boljša odpornost proti koroziji: zaradi gladke površine se jedke snovi težje držijo, pasivni film, ki nastane med kemičnim poliranjem, pa doda še večjo zaščito. Po elektrokemičnem poliranju se je gostota korozijskega toka 304 delov iz nerjavečega jekla v 3,5-odstotni raztopini NaCl zmanjšala z 1,2 × 10 ⁻⁵ A/cm² na 2,5 × 10 ⁻⁶ A/cm², odpornost proti luknjičasti koroziji pa se je povečala za 5-krat.
Izboljšana optična zmogljivost: Raziskave o poliranju ogledal iz aluminijeve zlitine AlSi10Mg kažejo, da ko se hrapavost površine zniža z Ra3,2 μm na Ra0,05 μm, se odbojnost vidne svetlobe poveča s 85 % na 92 ​​%, kar potrebujejo laserski komunikacijski sistemi.
4. Uporaba v industriji: selitev iz laboratorija v tovarno
Tehnika poliranja je bila v veliki meri uporabljena na področjih, kjer so potrebni strogi standardi kakovosti površine:
Letalstvo: Lasersko poliranje se uporablja na določeni vrsti šob raketnih motorjev, da je površina manj groba, od Ra12 μm do Ra0,8 μm. Življenjska doba toplotnega cikla v simuliranem vesoljskem okolju (temperaturno območje: od -180 stopinj do 300 stopinj) se je povečala s 50 na 200-krat.
Medicinski vsadki: Po kemičnem poliranju je hrapavost površine proteze kolčnega sklepa iz titanove zlitine prešla z Ra8 μm na Ra0,5 μm. To je omogočilo, da se celice oprimejo vsadkov za 40 % bolje, kosti pa so se integrirale z njimi 30 % hitreje.
Natančni kalup: Po poliranju s prilagodljivim brušenjem (SAG) se hrapavost površine jedra avtomobilskega kalupa za brizganje zmanjša na Ra0,02 μm, življenjska doba kalupa se poveča s 100.000-krat na 500.000-krat, sijaj površine izdelka pa se poveča za 2 stopnji.