Що таке шорсткість поверхні металевого 3D-друку?

Ви щойно розпакували свої спеціальні металеві 3D-друковані деталі, бажаючи перевірити розроблену вами складну геометрію. Але коли ви проводите пальцями по поверхні, вона більше нагадує тонкий наждачний папір, ніж гладкий компонент, який ви собі уявляли. "Чому це так грубо?" Це одне з найпоширеніших запитань - і розчарувань -, які ми чуємо від інженерів і груп із закупівель, які не знайомі з виробництвом металевих добавок.

Тривимірний друк металу, в основному за допомогою таких процесів, як селективне лазерне плавлення (SLM) або пряме лазерне спікання металу (DMLS), також відомий як зварювання шару лазерного порошку, пропонує неперевершену свободу дизайну. Це дозволяє створювати легкі решітки, внутрішні канали та консолідовані вузли, які традиційне виробництво важко виготовити, особливо в малих--середніх обсягах. Однак цей-за-пошаровим підходом є компроміс-: оскільки-надруковані поверхні зазвичай шорсткіші, ніж поверхні, отримані при обробці з ЧПК або лиття.

Що насправді означає «шорсткість поверхні» в металевому 3D-друкі?

Шорсткість поверхні вимірює дрібні-піки та западини на поверхні деталі, що є результатом-за-процесом злиття шарів. Під час 3D-друку на металі частинки частково розплавленого порошку часто прилипають до поверхонь (особливо виступів), а ефект сходів із окремих шарів додає текстуру.

Ra, Rz, Rq

Ra (середнє значення шорсткості): найбільш широко використовуваний параметр. Він обчислює середнє арифметичне абсолютних відхилень від середньої лінії. Вимірюється в мікрометрах (мкм) або мікродюймах (мкдюйм). Менші значення вказують на гладкіші поверхні.

Rz: фіксує середню різницю у висоті між найвищими вершинами та найглибшими долинами. Корисно для виявлення екстремальних особливостей поверхні, які впливають на знос або ущільнення.

Rq: середньоквадратична шорсткість, більш чутлива до випадкових стрибків або глибоких западин.

Для деталей SLM/DMLS, як-надруковано, Ra зазвичай коливається від 5–15 мкм (приблизно 200–600 мкдюймів), значно змінюючись залежно від орієнтації конструкції та параметрів процесу.

Чому металевий 3D-друк починається грубіше, ніж обробка з ЧПУ

Обробка з ЧПК видаляє матеріал із суцільної заготівлі, забезпечуючи послідовні, точні поверхні (часто Ra 0,4–3,2 мкм). Навпаки, металевий 3D-друк будується вгору з порошку, що призводить до властивих сходах-ступати на кутових гранях і адгезії порошку, особливо на поверхнях, спрямованих вниз-(-шкіра). Результат часто більше нагадує лиття в пісок, ніж точну обробку.

Таблиця: Порівняння шорсткості поверхні звичайних виробничих процесів

Шорсткість поверхні за матеріалом

Властивості матеріалу, такі як теплопровідність, відбивна здатність і поведінка порошку, створюють певні труднощі для поверхні.

3D металевий друк алюміній

Алюмінієві сплави, такі як AlSi10Mg, користуються перевагою через їх легкі властивості та хороші можливості друку. Як-надрукований Ra часто знаходиться в діапазоні 8–12+ мкм, із-обробленими бісером поверхнями зазвичай 10–12 мкм. Висока теплопровідність може спричинити більшу мінливість поведінки басейну розплаву.

Послуга 3D-друку з титанового металу

Ti6Al4V (клас 5) домінує в медицині та аерокосмічній галузі. Як-надрукований Ra зазвичай коливається від 5–12 мкм, причому нижня-поверхня шкіри помітно грубіша. Нижча теплопровідність і висока реакційна здатність титану вимагають оптимізованих параметрів. Пост{10}}обробка має вирішальне значення для стійкості до втоми та біосумісності.

3D друк латунь

Латунь забезпечує чудову корозійну стійкість, придатність до механічної обробки та естетичну привабливість, але її текучість порошку та характеристики плавлення можуть призвести до специфічних невідповідностей поверхні. Хоча стандартизовані дані Ra є меншими, ніж для алюмінію чи титану, типові -надруковані/бісерно-значення часто знаходяться в діапазоні 6–12 мкм. Він особливо добре реагує на вібраційне оздоблення для отримання вишуканого зовнішнього вигляду, придатного для декоративних або прецизійних-компонентів.

Таблиця: Типові значення Ra за матеріалом

Що впливає на шорсткість поверхні в металевому 3D-друкі?

Кілька контрольованих змінних визначають кінцеву якість.

Орієнтація збірки (вгору-шкіра проти нижньої-шкіри)

Поверхні,-звернені догори (-шкіра), як правило, більш гладкі. Звиси, спрямовані вниз-, страждають від утворення шлаку та адгезії порошку, що часто збільшує шорсткість на 50% або більше. Розумна орієнтація, яка мінімізує непідтримувані нижні-обкладинки, є однією з найефективніших ранніх оптимізацій.

Товщина шару та параметри лазера

Більш тонкі шари (зазвичай 20–40 мкм) покращують роздільну здатність і обробку за рахунок довшого часу створення. Потужність лазера, швидкість сканування та відстань між люками мають бути точно налаштовані, щоб стабілізувати купу розплаву та зменшити бризки.

Опорні конструкції та місця їх дотику

Опори необхідні для звисів, але при видаленні залишають рубці. Планування контактних точок підтримки на не-критичних поверхнях зменшує витрати на кінцеву обробку.

Розмір частинок порошку

Більш дрібні порошки зазвичай забезпечують кращу якість поверхні, хоча вони можуть впливати на сипучість, вартість і придатність до переробки.

Як покращити обробку поверхні після друку

Пост{0}}обробка рідко є необов’язковою для функціональних частин.

Дробеструйна та піскоструминна обробка

Швидкий, економічно-ефективний спосіб однорідності поверхонь і зменшення Ra (наприклад, до 5–12 мкм). Чудово підходить для зняття задирок з алюмінію та загального очищення.

Обробка з ЧПУ як пост-процес

Ідеально підходить для -високих допусків і критичних поверхонь, легко досягаючи Ra 0,8 мкм або вище. Гібридне виробництво (друк + машина) стає все більш поширеним.

Електрополірування титану та нержавіючої сталі

Цей електрохімічний метод вибірково видаляє матеріал для гладких, пасивних, -стійких до корозії покриттів -, особливо цінних для медичних імплантатів.

Вібраційна обробка латунних деталей

Перевертання носіїв забезпечує стабільне естетичне полірування складних або невеликих{0}}деталей.

Приклади застосування-в реальному світі:

Медичні імплантати: електрополірування в поєднанні з механічною обробкою для біосумісності та стійкості до втоми.

Аерокосмічні кронштейни: механічна обробка-несучих поверхонь із залишенням не-критичних ділянок-під обробкою.

Споживчі товари: вібраційна або струменева обробка для візуальної привабливості та відчуття дотику.

Галузеві стандарти та специфікації, які ви повинні знати

ISO 4287 / ASME B46.1 - Стандарти вимірювання

Вони визначають, як Ra, Rz та інші параметри вимірюються та повідомляються для узгодженості між постачальниками.

Які значення Ra вимагають різні галузі

Аерокосмічна та медицина: часто Ra<1.6 µm (frequently <0.8 µm) on critical surfaces for fatigue and biocompatibility.

Автомобільна: 1,6–3,2 мкм для функціональних компонентів.

Загальний/споживацький: 3,2–6.3+ мкм може бути достатнім залежно від застосування.

Таблиця: Приклади галузевого стандарту

Поширені помилки щодо якості металевої поверхні для 3D-друку

Помилка 1: дорожчі машини завжди виробляють більш гладкі деталі. Реальність: якість обладнання допомагає, але параметри збірки, дизайн деталей, орієнтація та пост{2}}обробка мають набагато більший вплив.

Помилка 2: після-обробка може легко перетворити будь-яку деталь на дзеркальну. Реальність: можливі значні покращення, але складна внутрішня геометрія або тонкі стінки обмежують однакові результати та збільшують вартість/час.

Помилка 3: усі поверхні деталі мають однакову шорсткість. Реальність: відмінності в -шкірі вгорі та внизу- можуть бути драматичними - завжди проектуйте з урахуванням орієнтації.

Зв'язатися зараз

Шорсткість поверхні металевого 3D-друку не є недоліком - це керована характеристика потужної технології. Коли ви розумієте це й належним чином звертаєтеся до нього, ви відкриваєте можливості дизайну, які просто не можуть зрівнятися субтрактивні методи, досягаючи продуктивності, якої вимагає ваша програма, завдяки цільовій пост-обробці.

Не дозволяйте початковій текстурі гальмувати ваш проект. Наша команда має великий досвід у постачанні оптимізованих 3D-друкованих деталей з алюмінію, титану та латуні з належною якістю поверхні для реального -використання. Зв’яжіться з нами сьогодні, щоб отримати-безобов’язковий огляд дизайну, рекомендації щодо матеріалів або індивідуальну цінову пропозицію. Давайте перетворимо ваші ідеї на високо-компоненти високої ефективності - зв’яжіться з нами зараз і подивіться, що може зробити досвідчений партнер.