Mikä on kemiallisen kiillotuksen rooli metallin 3D-tulostuksessa?

一, Kemiallisen kiillotuksen pääideana on liuottaa ja rakentaa pintaa valikoivasti.
Kemiallisten reagenssien (kuten happamien tai emäksisten liuosten) ja metallipinnan välinen hapettumisen-pelkistysvuorovaikutus saa pintakerroksen liukenemaan säädellysti kemiallisen kiillotuksen aikana. Sen pääosat ovat:
Mikroskooppiset ulkonemat liukenevat helpommin: Kun pinta on epätasainen (kuten silloin, kun hitsausaltaassa on päällekkäisiä jälkiä tai sulamattomia jauhehiukkasia), "uloke liukenee mieluiten" -ilmiö tapahtuu, koska siellä on enemmän alttiina aluetta ja nopeampi kemiallinen reaktionopeus.
Tasoitus pintajännityksen avulla: Kun metalli-ionit liukenevat, ne menevät kohti koveria paikkoja pintajännityksen vuoksi. Tämä muodostaa sileän, tasaisen pinnan, kun se kovettuu. Esimerkiksi kemiallinen kiillotus voi alentaa 3D-tulostetun titaaniseoksen pinnan karheutta (Ra) 6–12 μm:stä 0,2–1 μm:iin, mikä on lääketieteellisten implanttien bioyhteensopivuuskriteerien sisällä.
Vikakerroksen poisto: Kemiallisella kiillotuksella voidaan poistaa tarkasti pintaan tarttuneet sulamattomat jauhehiukkaset (paksuus noin 70 μm), mikä estää pintavaurioita, joita tavallisella mekaanisella kiillotuksella voi tapahtua. Singaporelaiset tutkijat ovat luoneet uuden tavan kiillottaa 316L ruostumatonta terästä, joka käyttää korkea-jännitepulsseja ja perinteistä sähkökemiallista kiillotusta tehdäkseen pinnasta vähemmän karheaksi. Uusi menetelmä säilyttää alkuperäisen hilarakenteen energiaa absorboivat{5}ominaisuudet.
2, Kemiallisen kiillotuksen päätarkoitus on parantaa pintaa ja tehdä siitä käyttökelpoisempi.
1. Pinnan laadun parantaminen: geometristen rajojen kiertäminen ja monimutkaisten rakenteiden kiillotus
Mitä tulee kiillotukseen, metallin 3D-tulostuksen monimutkaiset geometriset muodot, kuten ristikot, sisäiset kanavat ja huokoiset rakenteet, voivat olla vaikeita käsitellä. Kemiallinen kiillotus, joka ei vaadi kosketusta, on nyt paras tapa käsitellä tällaisia ​​rakenteita:
Sisäisten kanavien kiillotus: Kemialliset reagenssit voivat päästä sisäisiin kanaviin, jotka ovat vain muutaman mikrometrin leveitä, jotta ne pääsevät eroon sulatealtaan päällekkäisyydestä aiheutuvista purseista. Esimerkiksi kemiallisen kiillotuksen jälkeen lentokoneen moottorin polttoainesuuttimen sisäinen virtauskanava vähentää virtausvastusta 15 % ja vähentää moottorin kulutusta.
Huokoisen rakenteen optimointi: Kemiallinen kiillotus voi poistaa löysät pallomaiset kerrokset lääketieteellisten implanttien, kuten lonkkakuppien ja kehonvälisten fuusiolaitteiden huokospinnalla. Tämä helpottaa luusolujen kiinnittymistä implantteihin. Tutkimukset osoittavat, että kiillotetun huokoisen titaaniseoksen pinnan karheus vähenee 90 %, kun taas luun integraationopeus paranee 40 %.
Kemiallinen kiillotus voi toimia minkä tahansa muotoisilla osilla, joten se voi toimia myös vapaamuotoisilla{0}}pinnoilla. Esimerkiksi kemiallinen kiillotus teki 3D-tulostettujen turbiinien siipien monimutkaisen aerodynaamisen pinnan tasaisemmaksi 10 μm - 1 μm ja paransi niiden aerodynaamista suorituskykyä 8 %.
2. Mekaanisen suorituskyvyn parantaminen: päästä eroon vioista ja pidentää väsymisikää
Väsymishalkeamat metallisissa 3D-tulostetuissa esineissä alkavat pintavirheistä. Kemiallinen kiillotus parantaa mekaanisia ominaisuuksia seuraavilla tavoilla:
jäännösjännityksen vähentäminen: Kemiallinen kiillotus voi osittain vähentää painamisen aiheuttamaa jäännösjännitystä hajottamalla pieniä alueita. Esimerkiksi kemiallinen kiillotus voi pidentää 3D-tulostettujen nikkeli-pohjaisten korkean lämpötilan-seosten alhaisen syklin väsymisikää 5000 syklistä 12000 jaksoon.
Halkeamien syyn poistaminen: Sulamattomien jauhehiukkasten ja sulaneen altaan päällekkäiset jäljet ​​ovat yleisiä paikkoja, joissa halkeamat alkavat. Kemiallinen kiillotus voi korjata nämä ongelmat ja nostaa väsymishalkeamien kasvun kynnystä 30 %.
Pinnan tiivistyminen: Pintakerroksesta tulee tiheämpi kemiallisen kiillotuksen jälkeen, koska prosessi liukenee ja jähmettyy uudelleen. Esimerkiksi kemiallisen kiillotuksen jälkeen 3D-painetun kobolttikromilejeeringin huokoisuus putoaa 0,8 %:sta 0,02 %:iin ja sen korroosionkestävyys kasvaa viisinkertaiseksi.
3. Biologisen yhteensopivuuden optimointi: täyttää tiukat lääketieteelliset standardit
Lääketieteellisten implanttien pinnan on oltava erittäin sileä ja bioyhteensopivia. Kemiallinen kiillotus palvelee lääketieteen alan tarpeita seuraavilla tavoilla:
Karkeat pinnat voivat helposti piiloutua bakteereille, joten muista pitää ne puhtaina. Kemiallinen kiillotus voi tehdä pinnoista sileämpiä alle -mikronin tasolle, mikä vähentää huomattavasti infektioriskiä. Kemiallisen kiillotuksen jälkeen Staphylococcus aureuksen kiinnittäminen 3D-painetusta titaaniseoksesta valmistettuihin polviimplantiin väheni esimerkiksi 90 %.
Hallitse ionien vapautumista: Kun kiillotat mitään mekaanisesti, se voi lisätä epäpuhtauksia, jotka aiheuttavat vaarallisten ionien (kuten nikkeli-ionien) vapautumisen liikaa. Kemiallinen kiillotus puhdistaa pinnan käyttämällä vain kemiallisia reaktioita, mikä varmistaa, että ionien vapautuminen täyttää ISO 10993 bioyhteensopivuusvaatimuksen.
Edistää kudosten uusiutumista: Sileät pinnat voivat auttaa soluja tarttumaan yhteen ja alentamaan immunologisia reaktioita. Tutkimukset osoittavat, että osteoblastien kasvunopeus kemiallisesti kiillotetun 3D-painetun huokoisen titaaniseoksen pinnalla kaksinkertaistuu.
3, Kemiallisen kiillotuksen käyttö teollisuudessa: prototyyppien testaamisesta lopputuotteiden valmistukseen
1. Ilmailu: Luotettavuuden parantaminen ankarissa olosuhteissa
Lentokoneen moottorin siipien, polttokammioiden ja muiden osien on kestettävä äärimmäisiä lämpötiloja, paineita ja syövyttäviä olosuhteita. Kemiallinen kiillotus pidentää osien käyttöikää parantamalla pinnan kuntoa.
Turbiinin siivet: Kemiallinen kiillotus voi poistaa siipien pinnalle sulan altaan jättämiä jälkiä ja hidastaa korkean lämpötilan -hapetusprosessia. Kemiallisen kiillotuksen jälkeen esimerkiksi GE Aviationin LEAP-moottorin turbiinin lavat kestävät 50 astetta korkeampia lämpötiloja ja kestävät 20 % pidempään.
Kemiallinen kiillotus voi poistaa mikrohalkeamat palotilan vuorauksen sisäpuolelta, mikä tekee siitä paremmin selviävän lämpörasituksen. 1000 asteen lämpökiertotesti osoitti, että kiillotettujen nikkeli-seospäällysteiden halkeamien etenemisnopeus on 60 % pienempi.
2. Lääketieteelliset implantit: tekevät niistä ainutlaatuisia ja hyödyllisiä
Kemiallinen kiillotus on lääketieteellisen 3D-tulostuksen jälkikäsittelyn tärkein osa. Se tukee koko prosessia suunnitelmien mukauttamisesta niiden toimimiseen:
Ortopediset implantit, kuten lonkkakupit ja kehonväliset fuusiolaitteet, on tehty potilaan kehoon sopiviksi, ja ne tarvitsevat kemiallista kiillotusta oikean tasapainon saavuttamiseksi sileyden ja luun integraation välillä. Esimerkiksi Johnson&Johnsonin DePuy Synthes 3D-painetun titaaniseoksesta valmistettujen runkojen välisen sulatuslaitteen pinnan karheus on kemiallisen kiillotuksen jälkeen 0,8 μm ja kliininen onnistumisprosentti yli 95 %.
Kardiovaskulaarinen stentti: Kemiallinen kiillotus voi päästä eroon stentin pinnalla olevista purseista ja vähentää tromboosin mahdollisuutta. Kemiallisen kiillotuksen jälkeen Boston Scientificin 3D-painetun nikkelititaaniseosstentin pinnan karheus laski 5 μm:stä 0,5 μm:iin, ja endoteelisoitumisnopeus nousi 30 %.
3. Teollisuuslaitteet: alenna ylläpitokustannuksia ja paranna asioita
Kemiallinen kiillotus parantaa pintojen kuntoa, mikä vähentää teollisuuslaitteiden kitkaa ja energiankulutusta.
Muottien valmistus: Kemiallisen kiillotuksen jälkeen 3D-painettujen ruiskumuottien pinnan karheus laskee 8 μm:stä 0,5 μm:iin, muotin poistamiseen tarvittava voima laskee 40 % ja muotti kestää kolme kertaa pidempään.
Kemiallinen kiillotus voi poistaa purseet venttiilirungon virtauskanavassa ja helpottaa nesteiden virtausta läpi. Esimerkiksi kemiallisen kiillotuksen jälkeen Caterpillarin 3D{2}}painettu hydrauliventtiilirunko vähentää painehäviötä 15 % ja parantaa järjestelmän tehokkuutta 8 %.