Zašto je površina metalnih 3D štampanih delova relativno hrapava?

一, Karakteristike praha: uzrok sitnih nedostataka
1. Dvostruki učinak distribucije čestica praha
Studija koju je sproveo Univerzitet Baskije u Španiji pokazala je linearnu korelaciju između hrapavosti površine i najmanje veličine čestica (D10) u distribuciji čestica praha: smanjenje vrednosti D10 odgovara smanjenju hrapavosti. Kada se D10 u šarži praha smanji sa 25 μm na 11 μm, na primjer, hrapavost površine dijelova može se smanjiti sa 60 μm na manje od 40 μm. Ali ovo radi samo za fine pudere. Kada je veličina čestica praha veća od D50, nije važno koliko je grub.
2. "Efekat grudve snijega" pudera koji se lijepi za stvari
Tokom procesa 3D štampanja, fini prah koji je djelimično otopljen zalijepit će se za površinu predmeta, stvarajući izbočine koje izgledaju kao "snježne grudve". Metalografsko istraživanje otkriva da je mikrostruktura ovih adhezivnih prahova usklađena s tijelom komponenti, što sugerira da su oni direktno dobiveni iz originalne šarže praha. Na primjer, korištenje praha sa D50=45 μm može učiniti da promjer površinskog adhezivnog praha dostigne 33–47 μm, što uvelike povećava hrapavost.
3. Najvažnija stvar o sferičnosti praha
Ako prah nije sferičan, može se neravnomjerno širiti i formirati labav sloj s poroznošću do 10%. Ove pore će uhvatiti prah koji se još nije otopio i napraviti površinske nedostatke tokom procesa laserskog topljenja. Istraživanja su pokazala da upotreba praha sa sferičnosti većom od 95% može smanjiti hrapavost površine za preko 30%.
2, parametri štampanja: dobar balans kontrole procesa
1. Sukob između gustine energije i prskanja
High energy density (>100J/mm³) može poboljšati protok rastopljenog bazena, ali također može dovesti do odbijanja metalne pare, što uzrokuje prskanje rastopljenog metala. Ove kapljice se hlade i pretvaraju u sferne čestice koje se lijepe za površine dijelova, čineći ih 50% do 80% grubljima. Na primjer, dok se štampa sa Inconel 718, broj površinskih prskanja se povećava tri puta kada se gustina energije kreće sa 80J/mm³ na 120J/mm³.
2. Uticaj debljine slojeva i teksture očvršćavanja jedan na drugi
Jedna od glavnih stvari koja utiče na hrapavost je debljina slojeva. Visina hrapavosti površine zbog efekta koraka može ići od 10 μm do 25 μm kada debljina sloja ide od 20 μm do 50 μm. Takođe, ugao pod kojim laser udara u površinu ima veliki uticaj na teksturu očvršćavanja. Na primjer, u području koje je najudaljenije od centra za štampanje, kada je odstupanje ugla veće od 15 stepeni, hrapavost površine će porasti za 40% jer se talina ne stvrdnjava ravnomerno.
3. Prostor za poboljšanje pristupa skeniranju
Standardna jednosmjerna{0}}metoda skeniranja će ostaviti pruge na površini dijela u pravilnim intervalima. Međutim, korištenje šahovnice ili spiralnog skeniranja može razbiti ovaj obrazac i učiniti distribuciju hrapavosti ravnomjernijom. Na primjer, dok štampate legurom titana, metoda spiralnog skeniranja smanjuje standardnu ​​devijaciju hrapavosti površine sa 8 μm na 3 μm.
3, post{1}}tehnologija naknadne obrade: novi način završne obrade površina
1. Granice mehaničke obrade
Tradicionalna mehanička obrada, kao što je CNC glodanje, ne radi dobro sa komplikovanim unutrašnjim šupljim strukturama i možda neće dobro raditi sa laganim dizajnom 3D štampanja. Prilikom glodanja implantata kuka sa rešetkastim sistemima, na primjer, mora se zadržati dodatak za obradu od najmanje 0,5 mm, što dodaje 15% do 20% težini.
2. Mikroskopska kontrola hemijskog poliranja
Selektivnim otapanjem površinskih mikro vrhova, hemijsko poliranje može postići kontrolu preciznosti na nanorazmjerima. Kod štampe sa legurom kobalt hroma, hemijsko poliranje kombinovanim rastvorom azotne i hlorovodonične kiseline može smanjiti hrapavost površine sa 12 μm na 0,8 μm bez oštećenja strukture rešetke. Ali ovaj pristup treba pažljivo pratiti temperaturu (± 2 stepena) i koncentraciju rastvora (± 0,5%). Ako ne, može previše korodirati.
3. Novi načini korištenja laserskog poliranja
Dvostruka laserska sinhrona tehnologija poliranja kombinuje glavni laser za pravljenje delova i sekundarni laser (nanosekundni puls) za uklanjanje površinskih ostataka praha u realnom vremenu. Ovo može učiniti površinu 70% glađom. Ova metoda, na primjer, smanjuje hrapavost štampe od nehrđajućeg čelika sa 7 μm na 2 μm bez ikakvog dodatnog rada. Ali oprema košta 3 do 5 puta više od običnih 3D štampača, što otežava upotrebu u velikim razmerama.
4. Probijanje unutarnje šupljine u mašinskoj obradi abrazivnog toka
Mašinska obrada abrazivnim tokom (AFM) ima posebne prednosti za komplikovane unutrašnje strukture šupljina. Kada pod visokim pritiskom ubijete polu{1}}medij sa abrazivnim česticama silicijum karbida u unutrašnju šupljinu, možete se riješiti neravnina i učiniti površinu glatkijom. AFM smanjuje hrapavost površine unutrašnje šupljine sa 50 μm na 5 μm dok štampa mlaznice za gorivo avionskih motora. Takođe održava kanal protoka goriva glatkim.
4, Industrijska praksa: Prelazak iz laboratorije u fabriku
1. Nova otkrića u oblasti vazduhoplovstva
GE Aviation proizvodi mlaznice za gorivo za LEAP motore koristeći SLM tehnologiju i HIP (vruće izostatičko presovanje) tretman. Ovo smanjuje poroznost sa 0,8% na 0,02% i produžava vijek trajanja zamora za tri puta. Finim-podešavanjem pristupa skeniranja i debljine sloja (30 μm), hrapavost površine se održava unutar Ra12 μm, što zadovoljava standarde postavljene od strane avio industrije.
2. Prilagođena potražnja za medicinskim uređajima
Johnson&Johnson Medical je kreirao kompozitni proces za 3D-štampane implantate zgloba kuka koji kombinuje vakuumsko žarenje i hemijsko poliranje. Vakuumsko žarenje uklanja zaostalo naprezanje, a zatim se koristi otopina za poliranje na bazi limunske kiseline- da bi se površina izgladila od Ra50 μm do Ra0,8 μm dok je održava biokompatibilnom. Ova metoda daje implantatu vijek trajanja od zamora više od 20 godina, što je više od onoga što je potrebno u kliničkim uvjetima.
3. Energetski uređaji koji mogu raditi u vrlo teškim okruženjima
Siemens proizvodi lopatice gasnih turbina korišćenjem tehnologije usmerene rekristalizacije i tretmana čvrstim rastvorom. Ovo smanjuje brzinu puzanja visokotemperaturnih legura-na bazi nikla za 80%. Regulacijom temperaturnog gradijenta (pri brzini izvlačenja od 2,5 mm/h na 1235 stepeni), stvorena je stupasta kristalna struktura koja je bila u skladu sa osom naprezanja. Ovo je povećalo vijek trajanja zamora na 650 stepeni.