Uobičajene post-metode obrade i završne obrade metalnih 3D štampanih dijelova

Metalni 3D štampani dijelovi rijetko napuštaju komoru za izradu u konačnom upotrebljivom stanju. Kako-štampane površine obično nose vidljive linije sloja, sinterovane ili djelimično otopljene čestice praha i podržavaju-obilježe strukture koje treba adresirati prije nego što dio bude spreman za funkcionalnu upotrebu, montažu ili estetsku prezentaciju. Uobičajene metode završne obrade metalnih 3D štampanih dijelova uključuju ručno brušenje, pjeskarenje, prevrtanje, vibracijsko/centrifugalno brušenje, strojnu obradu abrazivnim tokom (ekstrudiranje), galvanizaciju i elektropoliranje, te preciznu strojnu obradu, brušenje i EDM (električno pražnjenje). Specifičnosti svake metode su navedene u nastavku.

Brušenje koristi alate kao što su brusni papir i turpije za mehaničko brušenje površine dijela direktno ručno, i može značajno poboljšati hrapavost površine. Brušeni dijelovi mogu vidjeti poboljšanje površinske završne obrade za faktor od tri do pet, a metoda je posebno efikasna u uklanjanju linija sloja, oštrih rubova i drugih lokaliziranih površinskih nedostataka preostalih od procesa tiska. Ručno brušenje je fleksibilno - operater može fokusirati pažnju tačno tamo gdje je potrebno, radeći oko složene geometrije koju bi automatizirani procesi mogli teško dostići -, ali je relativno radno-intenzivno i sporo. Zbog toga ima tendenciju da bude najprikladniji za male proizvodne serije ili za ciljanu, lokaliziranu završnu obradu na specifičnim karakteristikama dijela, a ne za opću obradu cijele proizvodne serije.

Pjeskarenje koristi komprimirani zrak za pokretanje abrazivnog medija - aluminijum oksida, perli od nehrđajućeg čelika ili staklenih perli, između ostalih opcija - na površinu dijela velikom brzinom, stvarajući ujednačenu mat ili sjajnu završnu obradu ovisno o odabranom mediju. Njegove prednosti uključuju:

Brzo uklanjanje površinskih ogrebotina i tragova alata koji su ostali iza procesa izrade;

Nema promjene u dimenzionalnoj tačnosti dijela, s obradom koja se obično završava za samo nekoliko minuta;

Podesivi intenzitet tretmana kroz kontrolu vazdušnog pritiska - niži pritisak se može koristiti za promjenu boje i izgleda površine, dok viši pritisak omogućava uklanjanje oštrih ivica i malih izbočina.

Pjeskarenje je vrlo pogodno za serijsku obradu dijelova složene geometrije, budući da uzorak prskanja može doseći u udubljenja i oko kontura kojima bi bilo teško pristupiti krutim abrazivnim alatima, što ga čini jednom od svestranijih i široko korištenih metoda završne obrade metalnih AM dijelova.

Prevrtanje stavlja dijelove zajedno s abrazivnim medijem - kao što su keramički ili čelični mediji - unutar rotirajućeg bubnja ili bureta, gdje mehaničko trenje između dijelova i medija izglađuje površinu tokom vremena. Ključne karakteristike ove metode uključuju:

Najprikladniji je za dijelove s relativno jednostavnom geometrijom, kao što su komponente u obliku cilindra ili blokova{0}}, gdje djelovanje prevrtanja može uspostaviti dosljedan kontakt preko površine;

Više dijelova se može obraditi istovremeno, dajući metodi relativno visoku propusnost za završnu obradu serije;

Njegova djelotvornost na unutrašnjim površinama ili složenim strukturama je ograničena, jer medij koji se prevrće možda neće moći doprijeti do unutrašnjih kanala, dubokih udubljenja ili složenih rešetkastih struktura - što je stvarno ograničenje s obzirom na to koliko se često metalni AM koristi upravo za proizvodnju takvih unutrašnjih geometrija.

Vibraciono i centrifugalno brušenje koristi centrifugalne diskove ili cilindrične sisteme, u kojima centrifugalna sila tjera abrazivne medije na površinu dijela kako bi se postigla visoka{0}}energetska,-završna obrada velike količine. Njegove osnovne prednosti uključuju:

Brzo uklanjanje materijala, što ga čini pogodnim za poliranje, uklanjanje ivica i operacije{0}}zaokruživanja ivica;

Pogodnost za serijsku obradu malih dijelova, iako uključena specijalizirana oprema nosi relativno veći početni trošak od jednostavnijih metoda poput brušenja ili prevrtanja.

Budući da proces koncentriše energiju intenzivnije od standardnog prevrtanja, može postići za nekoliko minuta ono što konvencionalnom prevrtanju može biti potrebno satima da se postigne, što ga čini privlačnim za proizvodna okruženja u kojima je propusnost važna koliko i kvalitet površine.

Abrazivna obrada, također poznata kao ekstrudirano honovanje, koristi hidraulički klip da forsira viskozni abrazivni medij - napunjen finim abrazivnim česticama - naprijed-nazad kroz unutrašnje površine radnog predmeta, kao što su rupe, kanali ili šupljine, postižući preciznost iznutra prema van. Karakteristike ove metode uključuju:

Precizna kontrola geometrije unutrašnje površine, sposobna za formiranje konzistentnih radijusa ili uklanjanje neravnina iz unutrašnjih prolaza;

Primjenjivost na regije u kojima je teško ili nemoguće tradicionalnim procesima poliranja doći do - unutrašnjih kanala i složenih šupljina, što je najbolji primjer, i područje gdje 3D štampanje metala često proizvodi geometriju kojoj konvencionalna završna obrada jednostavno ne može pristupiti;

Kontrolirano uklanjanje materijala, iako vrijeme obrade ima tendenciju da bude duže nego kod mehaničkih površinskih metoda, budući da se abrazivni tok mora više puta proći kroz dio kako bi se postigao željeni završetak.

Galvanizacija koristi električnu struju za taloženje metalnih jona iz otopine - kao što je zlato, srebro ili hrom - na površinu dijela, formirajući tanak funkcionalni ili dekorativni sloj. Njegove glavne svrhe uključuju poboljšanje otpornosti na habanje, otpornost na koroziju, električnu provodljivost i cjelokupni izgled, što ga čini uobičajenim izborom kada metalni AM dio treba funkcionalna svojstva iznad onoga što samo osnovni štampani materijal može pružiti.

Za razliku od toga, elektropoliranje koristi električnu struju za otapanje materijala s površine dijela, smanjujući hrapavost površine izglađivanjem mikroskopskih vrhova i udubljenja. Posebno je prikladan za poliranje dijelova nepravilnih oblika, gdje bi mehanički alati za poliranje imali poteškoća da održe ravnomjeran kontakt, a može značajno poboljšati izgled površine i smanjiti površinske defekte-povezane sa trenjem.

Oba procesa zahtijevaju pažljivu kontrolu gustine struje i sastava elektrolita kako bi se postigli konzistentni, ponovljivi rezultati. Ključna razlika između njih je u tome što je galvanizacija aditivni proces - materijal se nanosi na površinu - dok je elektropoliranje proces oduzimanja - materijal se uklanja sa površine. Razumijevanje ove razlike važno je u praksi, budući da odabir pogrešnog za dati zahtjev tolerancije može ili dodati neželjenu debljinu ili ukloniti više materijala nego što dopuštena dimenzija dijela može tolerirati.

Obrada i brušenje koriste CNC glodalice, strugove i sličnu opremu za direktno rezanje materijala od dijela, postižući visoku{0}}preciznu kontrolu dimenzija i oblika. Završne obrade površina koje se mogu postići ovim putem mogu doseći ispod Ra 0,8 μm, nivo glatkoće koji većina -štampanih ili medijski{4}} gotovih površina ne može sama po sebi da postigne.

Strojna obrada s električnim pražnjenjem (EDM) koristi električno pražnjenje iskre između elektrode i obratka za erodiranje materijala, što ga čini pogodnim za završnu obradu kaljenih legura ili složenih unutrašnjih šupljina do kojih bi bilo teško doći reznim alatom. Njegov glavni nedostatak je brzina obrade, koja ima tendenciju da bude znatno sporija od konvencionalne obrade.

I strojna obrada/brušenje i EDM zahtijevaju specijaliziranu opremu i kvalifikovane operatere, i općenito su rezervirani za dijelove sa strogim zahtjevima tolerancije - vazduhoplovne komponente su reprezentativni primjer, gdje tačnost dimenzija i površinski integritet direktno utiču na performanse dijela i sigurnosne margine.

Odabir pravog načina završne obrade za metalni 3D štampani dio ovisi o strukturnoj geometriji dijela, zahtjevima za preciznošću i obima proizvodnje. Mehaničke metode kao što su brušenje i pjeskarenje su pogodne za brzu površinsku-obradu opće namjene gdje je vrijeme obrade bitnije od postizanja najstrožih mogućih tolerancija. Hemijske i elektrohemijske metode kao što su elektropoliranje i galvanizacija se obično biraju radi poboljšanja funkcionalnih performansi - otpornosti na koroziju, provodljivosti ili karakteristika habanja -, a ne isključivo iz kozmetičkih razloga. Visoko{7}}procesi kao što su obrada i EDM rezervisani su za dijelove koji moraju ispuniti stroge zahtjeve tolerancije, gdje su dodatni troškovi i vrijeme obrade opravdani kritičnošću aplikacije.

U stvarnoj-svjetskoj proizvodnji, uobičajeno je kombinirati nekoliko ovih metoda unutar jednog procesa završne obrade -, na primjer, pjeskarenje dijela kako bi se uklonio površinski kamenac i ujednačio njegov izgled, nakon čega slijedi ciljana obrada na kritičnim površinama koje se spajaju, i završna obrada elektropoliranjem kako bi se postigla glatka površina i poboljšana otpornost na koroziju na gotovoj komponenti. Ova vrsta slojevitog pristupa omogućava proizvođačima da uravnoteže troškove, propusnost i kvalitet finalnog dijela, umjesto da se oslanjaju na bilo koju metodu naknadne-obrade kako bi ispunili sve zahtjeve odjednom.