Mitkä ovat yleisimmät metallin 3D-tulostuksen pintakäsittelymenetelmät?

1, Mekaaninen tarkkuustyöstö: perinteisestä käsityötaidosta älykkääseen päivitykseen
Mekaaninen tarkkuustyöstö tasoittaa pinnat ottamalla materiaalit fyysisesti pois. Tämä on tärkein tapa viimeistellä metallin 3D-tulostus. Sen tärkeimmät asiat ovat:
manuaalinen kiillotus
Hiomapaperin ja kiillotuspastan kaltaisten laitteiden käyttäminen vaiheittaiseen kiillotukseen voi vähentää huomattavasti pinnan karheutta (Ra-arvo voi vaihdella 10–20 μm:stä alle 0,8 μm:iin). Tämä menettely puolestaan ​​riippuu paljon käyttökokemuksesta, se ei ole kovin toistettavissa tai tehokas, ja se sopii vain pienien erien valmistukseen korkean -lisäarvon-tuotteita, kuten koruja ja taidetta.
Numeerinen CNC-hionta
Käyttämällä CNC-työstökoneita ja timanttileikkaustyökaluja yhdessä voidaan valmistaa monimutkaisia ​​pintoja erittäin suurella tarkkuudella (± 0,01 mm). Mutta on vaikea työskennellä monimutkaisten ominaisuuksien, kuten sisäisten virtauskanavien ja hilarakenteiden, kanssa, koska työkaluja on vaikea päästä käsiksi. Sähköpurkauskoneistustekniikkaa (EDM) tarvitaan esimerkiksi lentokoneiden moottoreiden turbiinien siipien jäähdytysaukkojen tekemiseen.
Järjestelmä automaattiseen kiillotukseen
Zhejiang Tuobo ja muut yritykset ovat julkaisseet robottiautomaattisen kiillotusjärjestelmän, joka voi poistaa tukirakenteet ja kiillottaa pintoja samanaikaisesti käyttämällä 3D-visuaalista paikannusta ja pakotettua palauteohjausta. Tämä järjestelmä voi toimia eri yritysten, kuten ABB:n ja KUKAn, robottien kanssa. Se on 3–5 kertaa nopeampi kuin saman työn tekeminen käsin, ja se pitää pinnan epätarkkuuden alle ± 0,05 mm. Sitä on käytetty paljon esimerkiksi lääketieteellisissä laitteissa ja autonosissa.
2. Kemiallinen ja sähkökemiallinen käsittely: mikrorakenteen hallinta ja uusien toimintojen lisääminen
Kemiallinen käsittely muuttaa materiaalin pintaa liuottamalla tai kerrostamalla sitä. Sen pääasialliset toiminnot ovat:
kiillotus kemikaaleilla
Käyttämällä happamia tai emäksisiä liuoksia pinnan liuottamiseen selektiivisesti voit päästä eroon tulostuksen aikana tapahtuvista virheistä, kuten pallomaisuudesta ja kuonasta. Esimerkiksi kemiallinen kiillotus voi tehdä titaaniseoksesta valmistettujen implanttien pinnan vähemmän karheaksi 6–12 μm:stä 0,2–1 μm:iin, ja se voi myös luoda passivointikerroksen, joka tekee niistä entistä kestävämpiä korroosiota vastaan. Tällä prosessilla on merkittävä vaikutus onttojen rakenteiden käsittelyyn, mutta liiallisen korroosion välttämiseksi tarvitaan tiukka liuospitoisuuden ja lämpötilan valvonta.
Sähkökemiallinen kiillotus (ECP)
Käytä elektrolyytissä olevaa tasavirtaa liuottaaksesi selektiivisesti metallipinnan mikroulokkeet. Tämä tekee pinnasta yhtä tasaisen kuin peili (Ra-arvo voi olla 0,01 μm tai vähemmän). Monet lääketieteelliset laitteet käyttävät tätä menetelmää. Esimerkiksi ECP-käsittelyn jälkeen kobolttikromiseoksesta valmistettujen nivelproteesien pinnan karheus pienenee 90 %, kulutuskestävyys kasvaa kolminkertaiseksi ja painokerroskuviot voidaan eliminoida bioyhteensopivuuden vaatimusten mukaisesti.
anodisointi
Elektrolyyttiset prosessit voivat luoda tiheitä oksidipinnoitteita (paksuus 5–20 μm) kevyille seoksille, kuten alumiiniseoksille. Nämä kalvot voivat lisätä huomattavasti kovuutta (jopa 500 HV) ja korroosionkestävyyttä. Esimerkiksi kovan anodisointikäsittelyn jälkeen ilmailun rakenneosat kestävät korroosiota yli 5000 tuntia 3,5 % NaCl-suolasuihkeympäristössä. Kalvokerroksen mikrohuokoisuus voi myös imeä itseensä voiteluaineita ja alentaa kitkakerrointa.
3. Päällystys- ja pinnoitustekniikka: toiminnallisen suojauksen ja koristelun yhdistäminen
Päällystystekniikka luo pintaan suojaavan pinnoitteen kerrostamalla jotain fysikaalisesti tai kemiallisesti. Tämän prosessin päävaiheet ovat:
PVD on lyhenne sanoista Physical Vapor Deposition.
Suurienerginen ionipommitus-käytä kovia pinnoitteita, kuten TiN ja CrN, substraatin pinnalle. Tämä prosessi voi parantaa merkittävästi muottiteräksen kulutuskestävyyttä (pidentää sen käyttöikää 3-5 kertaa), ja pinnoitteen paksuus on vain 1-5 μm vaikuttamatta osien mittatarkkuuteen. Esimerkiksi yksi yritys käytti PVD:tä 3D-painettujen muottien käsittelyyn ja nosti leimaustiheyden 100 000:sta 500 000 kertaan.
Galvanointi ja kemiallinen pinnoitus
Galvanointi käyttää elektrolyyttisiä reaktioita metallikerrosten (kuten Ni ja Cu) kerrostamiseen pinnalle, mikä tekee siitä vähemmän todennäköistä korroosiota ja johtavaa paremmin. Kemiallinen pinnoitus sitä vastoin käyttää itse-katalyyttisiä reaktioita pinnan tasaamiseksi (kuten kemiallinen nikkeli-fosforiseospinnoitus). Esimerkiksi yksi yritys käyttää kemiallista nikkelöintiä kupariseoksesta valmistettujen jäähdytyslevyjen 3D-tulostuksessa. Tämä tekee niistä kestäviä suolasumulle 1 000 tuntia 48 tunnin sijaan, mutta silti niiden lämmönjohtavuus on 200 W/(m · K) tai enemmän.
Ruiskutus ja peittäminen jauheella
Suihkepinnoite käyttää korkeapaineista{0}}ilmavirtaa jauhe- tai nestemäisen pinnoitteen kiinnittämiseen pintaan, jolloin muodostuu 20–100 μm paksu suojakerros. Jauheruiskutus puolestaan ​​käyttää sähköstaattista adsorptiota jakaakseen tasaisesti jauheen, joka jäähtyessään muodostaa paksun pinnoitteen. Tämä menetelmä toimii ulkotyökaluissa, teollisuuskoneissa ja muissa tilanteissa. Eräs yritys esimerkiksi käsittelee 3D--painettuja teräsrakenneosia jauhemaalauksella, mikä tekee niistä kestävän neutraalia suolasumua yli 2000 tuntia.
4. Uudet tekniikat: laser- ja komposiittiprosessit johtavat innovaatioihin: laserkiillotus
Suurienergisten lasersäteiden käyttäminen pintamateriaalien sulattamiseen pienellä alueella ja sitten sulan virtaaminen pinnan tasoittamiseksi. Tämä menetelmä voi toimia kaarevilla pinnoilla, joihin on vaikea päästä ja joissa on pieni lämmön vaikutusalue (vähemmän tai yhtä suuri kuin 0,1 mm). Esimerkiksi tietty yritys käyttää laserkiillotusta 3D-tulostukseen nikkelipohjaisten korkean lämpötilan -seoksien avulla, mikä vähentää pinnan karheutta Ra 8 μm:stä Ra 2 μm:iin samalla, kun materiaalin mekaaniset ominaisuudet säilyvät ennallaan.
Abrasive Flow Machining (AFM)
Monimutkaisten ominaisuuksien, kuten poikkireikien ja sisäisten virtauskanavien, kiillottamiseksi viskoelastista hiomamateriaalia johdetaan komponentin sisäkammion läpi. Tämä menettely voi toimia paikoissa, joihin on vaikea päästä. Esimerkiksi yksi yritys käyttää AFM:ää 3D-painettujen lentopolttoainesuuttimien käsittelyyn, mikä tekee sisäpinnasta vähemmän karkea (Ra 16 μm:stä Ra 1,6 μm:iin) ja parantaa virtauksen tasaisuutta 20 %.
Komposiittiprosessien integrointi
Useamman kuin yhden prosessointimenetelmän käyttäminen yhdessä tehokkuuden parantamiseksi. Esimerkiksi tietty yritys ottaa käyttöön yhdistelmäprosessin "kemiallinen kiillotus + anodisointi + PVD-pinnoitus" 3D-tulostuksessa titaaniseos-implantteja, joka vähentää pinnan karheutta arvoon Ra 0,05 μm, parantaa korroosionkestävyyttä viisinkertaisesti ja pinnoitteen ja alustan välinen sidoslujuus saavuttaa 40 MP:n pitkäkestoiset käyttövaatimukset. implantit.