Які поширені методи обробки поверхні для 3D-друку металу?

1, Точна механічна обробка: від традиційної майстерності до інтелектуального оновлення
Точна механічна обробка вирівнює поверхні шляхом фізичного видалення матеріалів. Це основний спосіб обробки металевих 3D-друків. Основні речі, які він робить:
ручне полірування
Використання такого обладнання, як наждачний папір і полірувальна паста, для поетапного полірування може значно зменшити шорсткість поверхні (значення Ra може змінюватися від 10–20 мкм до менше 0,8 мкм). З іншого боку, ця процедура значною мірою залежить від досвіду роботи, не є дуже повторюваною чи ефективною та підходить лише для виготовлення невеликих партій виробів із високою -доданою вартістю-, як-от ювелірні вироби та мистецтво.
Шліфування з ЧПУ
Спільне використання верстатів з ЧПК і алмазних ріжучих інструментів може зробити можливим виготовлення складних поверхонь з дуже високою точністю (± 0,01 мм). Але важко працювати зі складними характеристиками, такими як внутрішні канали потоку та гратчасті структури, оскільки інструменти важко дістатися. Техніка електроерозійної обробки (EDM) необхідна, наприклад, для створення отворів для охолодження в лопатках турбін авіаційних двигунів.
Автоматична система полірування
Zhejiang Tuobo та інші компанії випустили роботу-автоматичну систему полірування, яка може одночасно видаляти опорні конструкції та полірувати поверхні, використовуючи тривимірне візуальне позиціонування та контроль зворотного зв’язку. Ця система може працювати з роботами різних компаній, таких як ABB і KUKA. Це в 3–5 разів швидше, ніж виконання тієї ж роботи вручну, і зберігає похибку поверхні нижче ± 0,05 мм. Він широко використовується в таких сферах, як медичне обладнання та автомобільні запчастини.
2. Хімічна та електрохімічна обробка: контроль мікроструктури та додавання нових функцій
Хімічна обробка змінює поверхню матеріалу шляхом його розчинення або осадження. Його основні операції:
полірування хімічними засобами
Використання кислотних або лужних розчинів для вибіркового розчинення поверхні може позбутися дефектів, таких як сфероїдизація та шлак, які виникають під час друку. Наприклад, хімічне полірування може зробити поверхню імплантатів із титанового сплаву менш шорсткою, переходячи від 6–12 мкм до 0,2–1 мкм, а також може створити шар пасивації, щоб зробити їх більш стійкими до корозії. Цей процес має значний вплив на обробку порожнистих структур, але потрібен суворий контроль концентрації розчину та температури, щоб уникнути надмірної корозії.
Електрохімічне полірування (ЕХП)
Використовуйте постійний струм в електроліті, щоб вибірково розчинити мікровиступи на металевій поверхні. Це зробить поверхню гладкою, як дзеркало (значення Ra може бути 0,01 мкм або менше). Багато медичного обладнання використовують цей метод. Наприклад, після обробки ECP шорсткість поверхні протезів суглобів із кобальтохромового сплаву зменшується на 90%, зносостійкість підвищується втричі, а візерунки шару друку можна усунути, що відповідає вимогам біосумісності.
анодування
Електролітичні процеси можуть створювати щільні оксидні покриття (товщиною 5–20 мкм) на легких сплавах, таких як алюмінієві сплави. Ці плівки можуть значно збільшити твердість (до 500 HV) і стійкість до корозії. Наприклад, після обробки жорстким анодуванням конструктивні компоненти авіації можуть витримувати корозію протягом понад 5000 годин у середовищі соляного туману 3,5% NaCl. Мікропориста природа шару плівки також може вбирати мастильні матеріали та знижувати коефіцієнт тертя.
3. Технологія покриття та покриття: поєднання функціонального захисту та декорування
Технологія нанесення покриття створює захисне покриття на поверхні шляхом осадження чогось фізичним або хімічним шляхом. Основні етапи цього процесу:
PVD означає Physical Vapor Deposition.
Використання-іонного бомбардування високою енергією для нанесення твердих покриттів, як-от TiN і CrN, на поверхню підкладки. Цей процес може значно підвищити зносостійкість формовочної сталі (збільшуючи термін її служби в 3-5 разів), а товщина покриття становить лише 1-5 мкм, не впливаючи на точність розмірів деталей. Наприклад, одна компанія використовувала PVD для обробки 3D-друкованих форм і збільшила частоту штампування зі 100 000 до 500 000 разів.
Гальванічне та хімічне покриття
У гальваніці використовуються електролітичні реакції для нанесення металевих шарів (наприклад, Ni та Cu) на поверхню, що зменшує ймовірність корозії та підвищує провідність. З іншого боку, хімічне покриття використовує само-каталітичні реакції, щоб зробити поверхню рівною (як хімічне покриття нікель-фосфорного сплаву). Наприклад, одна компанія використовує безелектрологічне нікелювання для 3D-друку радіаторів із мідного сплаву. Це робить їх стійкими до сольового туману протягом 1000 годин замість 48 годин, при цьому вони мають теплопровідність 200 Вт/(м · К) або більше.
Обприскування і покриття пудрою
Покриття розпиленням використовує-потік повітря під високим тиском, щоб наклеїти порошкове або рідке покриття на поверхню, створюючи захисний шар товщиною 20–100 мкм. Порошкове розпилення, з іншого боку, використовує електростатичну адсорбцію для рівномірного розподілу порошку, який утворює товсте покриття, коли він охолоджується. Цей метод працює для зовнішніх інструментів, промислових машин та інших ситуацій. Наприклад, одна компанія використовує порошкове покриття для обробки сталевих структурних елементів, надрукованих 3D-, що робить їх стійкими до нейтральних сольових бризок понад 2000 годин.
4. Нові технології: лазерні та композитні процеси Провідні інновації: лазерне полірування
Використання-лазерних променів високої енергії для розплавлення поверхневих матеріалів на невеликій площі, а потім потоку розплавленої ванни для вирівнювання поверхні. Цей метод може працювати на вигнутих поверхнях, до яких важко дістатися та має невелику зону теплового впливу (менше або дорівнює 0,1 мм). Наприклад, певне підприємство використовує лазерне полірування для 3D-друку високотемпературних-сплавів на основі нікелю, зменшуючи шорсткість поверхні з Ra 8 мкм до Ra 2 мкм, зберігаючи механічні властивості матеріалу незмінними.
Обробка абразивним потоком (AFM)
Для полірування складних елементів, таких як поперечні отвори та внутрішні канали потоку, в’язкопружний абразивний матеріал пропускається через внутрішню камеру компонента. Ця процедура може працювати у важкодоступних місцях. Наприклад, одна компанія використовує AFM для обробки надрукованих на 3D -авіаційних паливних форсунок, що робить внутрішню поверхню менш шорсткою (від Ra 16 мкм до Ra 1,6 мкм) і покращує рівномірність потоку на 20%.
Інтеграція композитних процесів
Використання кількох методів обробки для спільної роботи для підвищення продуктивності. Наприклад, певне підприємство застосовує комбінований процес «хімічне полірування+анодування+PVD-покриття» для 3D-друку імплантатів із титанового сплаву, що зменшує шорсткість поверхні до Ra 0,05 мкм, покращує корозійну стійкість у 5 разів, а міцність зв’язку між покриттям і підкладкою досягає 40 МПа, що відповідає -вимогам довгострокової служби ортопедичних імплантатів.