Na koji nivo poliranje može podići površinu metalne 3D štampe?

1. Hrapavost površine: skok sa mikrometara na nanometre
Hrapavost površine je ključna mjera kvalitete površine dijela. Ima direktan uticaj na to koliko je otporan na koroziju, koliko dobro radi sa trenjem i koliko dobro radi sa svetlošću. Postavke procesa, vrsta materijala i smjer štampe imaju veliki utjecaj na to koliko su metalni 3D odštampani dijelovi u početku grubi. Na primjer, hrapavost površine dijelova od legure titanijuma napravljenih metodom laserskog topljenja u sloju praha (LPBF) može biti visoka i do Ra15–20 μm kada se mjeri u smjeru tiska. Međutim, kada se meri duž pravca štampanja, hrapavost može biti i do Ra8–12 μm jer se slojevi čvršće preklapaju. Poliranje može učiniti površinu mnogo glađom:
Mehaničko poliranje: Korištenjem automatiziranih strojeva za poliranje i dijamantskih abraziva, hrapavost površine dijelova od aluminijske legure izrađenih BJ metodom (adhezivno prskanje) može se spustiti sa Ra2,4 μm na Ra0,8 μm ili manje, što je dovoljno dobro za većinu mehaničkih montažnih poslova. Za potrebe visoke-preciznosti, poput nosača za optička ogledala, više-poliranje (grubo poliranje → fino poliranje → ultra fino poliranje) može smanjiti hrapavost površine na Ra0,05 μm, što je blizu nivoa tipičnog brušenja ogledala.
Hemijsko poliranje: Ova metoda koristi kisele ili alkalne otopine za selektivno otapanje površinskih neravnina. Dobro radi na složenim strukturama unutrašnjih šupljina. Na primjer, hrapavost površine kardiovaskularnih stentova od nehrđajućeg čelika 316L je nakon kemijskog poliranja porasla sa Ra6 μm ​​na Ra0,2 μm. Ovo je uklonilo mikrosfere -nalik na spojeve koji su se formirali tokom štampanja, što je smanjilo rizik od tromboze.
Lasersko poliranje: Korištenje moćnih laserskih zraka za topljenje površinskih materijala na maloj površini, a zatim puštanje površinske napetosti tekućeg metala da ga izgladi. Studije pokazuju da je nakon pet laserskih skeniranja komponenti od nehrđajućeg čelika 316L proizvedenih korištenjem SLM metode, hrapavost površine smanjena sa Sa21 μm na Sa1 μm, postižući stopu smanjenja od 96%, bez formiranja podzemnog sloja oštećenja koji se može pripisati mehaničkom poliranju.
2. Mikrostruktura: poboljšanje od nedostataka do zgušnjavanja
Poliranje ne samo da čini površinu boljim, već i čini materijal jačim uklanjanjem malih nedostataka:
Zatvaranje pukotina: Mikropukotine koje nastaju kada se metalna 3D štampa prebrzo ohladi mogu se delimično zatvoriti pritiskom mehaničkog poliranja. Na primjer, nakon vibracionog poliranja, površinska gustina loma određene lopatice turbine avio motora opala je za 40%, a vijek trajanja zamora u visokom ciklusu porastao je za 25%.
Oslobađanje zaostalog naprezanja: Kemijsko poliranje ublažava zaostalo vlačno naprezanje razbijanjem površinskog sloja, što sprječava pucanje korozije pod naponom. Tretman kiselinom delova od legure titanijuma TC4 pokazao je da je zaostala napetost na površini opala sa -150MPa na -50MPa, a stopa korozije od slanog spreja opala je za 60%.
Lasersko poliranje može uzrokovati ponovno topljenje površine, što može učiniti veličinu zrna ujednačenijim. Studije na visokotemperaturnoj-leguri Inconel 718 pokazuju da lasersko poliranje rafinira veličinu zrna površine od 50 μm do 10 μm, povećava tvrdoću za 15% i smanjuje stopu povećanja težine oksidacije na 650 stepeni za 30%.
3. Funkcionalne performanse: od osnovnog do visokog{1}}enda
Poboljšanje kvaliteta površine nakon{0}poliranja direktno je u korelaciji s optimizacijom funkcionalnih performansi:
Poboljšana otpornost na habanje: glađe površine mogu smanjiti vjerovatnoću da će sićušni konveksni entiteti dodirnuti jedan drugog na kontaktnoj površini. Ispitivanje trenja na čeličnim komponentama ležaja GCr15 pokazalo je da je poliranjem površine od Ra1,6 μm do Ra0,2 μm koeficijent trenja smanjen sa 0,15 na 0,08, a količina habanja je smanjena za 70%.
Bolja otpornost na koroziju: glatka površina otežava lepljenje korozivnih supstanci, a pasivizirajući film koji se formira tokom hemijskog poliranja dodaje još veću zaštitu. Nakon elektrohemijskog poliranja, gustoća struje korozije 304 dijela od nehrđajućeg čelika u 3,5% otopini NaCl pala je sa 1,2 × 10 ⁻⁵ A/cm² na 2,5 × 10 ⁻⁶ A/cm², a otpornost na piting koroziju porasla je za 5 puta.
Poboljšane optičke performanse: Istraživanje poliranja ogledala od legure aluminijuma AlSi10Mg pokazuje da kada se hrapavost površine smanji sa Ra3,2 μm na Ra0,05 μm, refleksija vidljive svetlosti raste sa 85% na 92%, što je ono što je potrebno laserskim komunikacijskim sistemima.
4. Primena u industriji: Prelazak iz laboratorije u fabriku
Tehnika poliranja se intenzivno koristi u domenama koje zahtijevaju stroge standarde kvalitete površine:
Vazduhoplovstvo: Lasersko poliranje se koristi na određenoj vrsti mlaznice raketnog motora kako bi površina bila manje hrapava, od Ra12 μm do Ra0,8 μm. Životni vek termalnog ciklusa u simuliranom svemirskom okruženju (opseg temperature: -180 stepeni do 300 stepeni) je povećan sa 50 na 200 puta.
Medicinski implantati: Nakon hemijskog poliranja, hrapavost površine proteze zgloba kuka od legure titana porasla je od Ra8 μm do Ra0,5 μm. Ovo je učinilo da se ćelije zalijepe za implantate 40% bolje i da se kosti integriraju s njima 30% brže.
Precizni kalup: Nakon poliranja sa prilagodljivim brušenjem (SAG), hrapavost površine jezgre automobilskog kalupa za brizganje opada na Ra0,02 μm, vijek trajanja kalupa se povećava sa 100.000 puta na 500.000 puta, a sjaj površine proizvoda se povećava za 2 nivoa.