Uobičajene metode naknadne-obrade i završne obrade za metalne 3D tiskane dijelove

Metalni 3D tiskani dijelovi rijetko napuštaju građevinsku komoru u svom konačnom upotrebljivom stanju. Budući da-otisnute površine obično nose vidljive linije slojeva, sinterirane ili djelomično otopljene čestice praha i potporu-svjedodžbe o strukturi koje je potrebno riješiti prije nego što je dio spreman za funkcionalnu upotrebu, sastavljanje ili estetsku prezentaciju. Uobičajene metode završne obrade metalnih 3D tiskanih dijelova uključuju ručno brušenje, pjeskarenje, vrtenje, vibracijsko/centrifugalno brušenje, abrazivnu strujnu obradu (ekstrudirano brušenje), galvanizaciju i elektropoliranje te preciznu obradu, brušenje i EDM (obrada električnim pražnjenjem). Specifičnosti svake metode navedene su u nastavku.

Brušenje koristi alate kao što su brusni papir i turpije za mehaničko brušenje površine dijela izravno rukom, a može značajno poboljšati hrapavost površine. Završna obrada brušenih dijelova može se poboljšati za faktor tri do pet, a metoda je posebno učinkovita u uklanjanju linija slojeva, oštrih rubova i drugih lokaliziranih površinskih defekata zaostalih nakon procesa ispisa. Ručno brušenje je fleksibilno - operater može usmjeriti pažnju točno tamo gdje je potrebno, radeći oko složene geometrije koju bi automatizirani procesi mogli teško doseći - ali je relativno radno-intenzivno i sporo. Zbog toga je obično najprikladniji za male proizvodne serije ili za ciljanu, lokaliziranu završnu obradu specifičnih značajki dijela, a ne za opću obradu cijele proizvodne serije.

Pjeskarenje koristi komprimirani zrak za pokretanje abrazivnog medija - aluminijev oksid, kuglice od nehrđajućeg čelika ili staklene kuglice, među ostalim opcijama - na površinu dijela velikom brzinom, proizvodeći jednoliku mat ili sjajnu završnicu ovisno o odabranom mediju. Njegove prednosti uključuju:

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

Bez promjene točnosti dimenzija dijela, s obradom koja se obično dovršava u samo nekoliko minuta;

Podesivi intenzitet obrade kroz kontrolu tlaka zraka - niži tlak može se koristiti za promjenu boje i izgleda površine, dok viši tlak omogućuje skidanje srha s oštrih rubova i malih izbočina.

Pjeskarenje je dobro prilagođeno serijskoj obradi dijelova složenih geometrija, budući da uzorak prskanja može doprijeti do udubljenja i oko kontura kojima bi bilo teško pristupiti s 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 mediji ili čelični mediji - unutar rotirajućeg bubnja ili bačve, gdje mehaničko trenje između dijelova i medija s vremenom izglađuje površinu. Ključne karakteristike ove metode uključuju:

Najprikladniji je za dijelove s relativno jednostavnom geometrijom, kao što su komponente cilindričnog ili blok-oblika, gdje radnja prevrtanja može uspostaviti dosljedan kontakt preko površine;

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

Njegova učinkovitost na unutarnjim površinama ili složenim strukturama je ograničena, budući da medij koji se vrti možda neće moći doprijeti do unutarnjih kanala, dubokih udubljenja ili zamršenih rešetkastih struktura - što je stvarno ograničenje s obzirom na to koliko se često metalni AM koristi upravo za proizvodnju takvih unutarnjih geometrija.

Vibracijsko i centrifugalno brušenje koristi centrifugalne diskove ili cilindrične sustave, u kojima centrifugalna sila pokreće abrazivni medij na površini dijela kako bi se dobila visoka-energija, veliki-završni rad. Njegove glavne prednosti uključuju:

Brzo uklanjanje materijala, što ga čini prikladnim za operacije poliranja, skidanja srha i-zaokruživanja rubova;

Prikladnost za serijsku obradu malih dijelova, iako uključena specijalizirana oprema ima relativno veće početne troškove od jednostavnijih metoda poput brušenja ili vrtanja.

Budući da proces koncentrira energiju intenzivnije od standardnog prevrtanja, može se postići za nekoliko minuta ono što bi konvencionalnim prevrtanjem mogli postići satima, što ga čini privlačnim za proizvodna okruženja gdje je propusnost važna koliko i kvaliteta površine.

Strojna obrada abrazivnim tokom, također poznata kao ekstrudirano honanje, koristi hidraulički klip za tjeranje viskoznog abrazivnog medija - napunjenog finim abrazivnim česticama - naprijed-natrag kroz unutarnje površine obratka, kao što su rupe, kanali ili šupljine, postižući precizno oblikovanje iznutra prema van. Karakteristike ove metode uključuju:

Precizna kontrola nad geometrijom unutarnje površine, sposobna za oblikovanje dosljednih radijusa ili uklanjanje neravnina iz unutarnjih prolaza;

Primjenjivost na područja do kojih je tradicionalnim procesima poliranja teško ili nemoguće doći - unutarnji kanali i složene šupljine su najbolji primjer, i područje gdje metalni 3D ispis često proizvodi geometriju kojoj konvencionalna završna obrada jednostavno ne može pristupiti;

Kontrolirano uklanjanje materijala, iako je vrijeme obrade obično dulje nego kod mehaničkih površinskih metoda, budući da tok abraziva mora više puta proći kroz dio kako bi se postigla željena završna obrada.

Galvanizacija koristi električnu struju za taloženje metalnih iona iz otopine - kao što su zlato, srebro ili krom - na površinu dijela, tvoreći tanki funkcionalni ili ukrasni sloj. Njegove glavne svrhe uključuju poboljšanje otpornosti na habanje, otpornost na koroziju, električnu vodljivost i cjelokupni izgled, što ga čini uobičajenim izborom kada metalni AM dio treba funkcionalna svojstva izvan onoga što osnovni tiskani materijal može pružiti sam.

Nasuprot tome, elektropoliranje koristi električnu struju za otapanje materijala s površine dijela, smanjujući hrapavost površine izglađivanjem mikroskopskih vrhova i udubljenja. Osobito je prikladan za poliranje dijelova nepravilnog oblika, gdje bi mehanički alati za poliranje imali problema s održavanjem ravnomjernog kontakta, a može značajno poboljšati izgled površine i smanjiti površinske nedostatke-povezane s trenjem.

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

Strojna obrada i brušenje koriste CNC glodalice, tokarilice i sličnu opremu za izravno odsijecanje materijala od dijela, postižući visoko-preciznu kontrolu dimenzija i oblika. Završne obrade površine koje se mogu postići ovim putem mogu doseći ispod Ra 0,8 μm, razinu glatkoće koju većina -tiskanih ili medijski-završenih površina ne može sama postići.

Obrada električnim pražnjenjem (EDM) koristi električno pražnjenje između elektrode i obratka za erodiranje materijala, što ga čini prikladnim za završnu obradu očvrslih legura ili složenih unutarnjih šupljina do kojih bi bilo teško doći alatom za rezanje. Njegov glavni nedostatak je brzina obrade, koja je znatno sporija od konvencionalne strojne obrade.

I strojna obrada/brušenje i EDM zahtijevaju specijaliziranu opremu i vješte operatere i općenito su rezervirani za dijelove sa strogim zahtjevima tolerancije - zrakoplovne komponente su reprezentativni primjer, gdje točnost dimenzija i integritet površine izravno utječu na performanse dijelova i sigurnosne granice.

Odabir prave metode završne obrade za metalni 3D tiskani dio ovisi o strukturnoj geometriji dijela, njegovim zahtjevima za preciznošću i opsegu uključene proizvodnje. Mehaničke metode kao što su brušenje i pjeskarenje prikladne su za brzu površinsku-obradu opće namjene gdje je vrijeme obrade važnije od postizanja najnižih mogućih tolerancija. Kemijske i elektrokemijske metode kao što su elektropoliranje i galvanizacija obično se odabiru radi poboljšanja funkcionalnih performansi - otpornosti na koroziju, vodljivosti ili karakteristika trošenja -, a ne čisto iz kozmetičkih razloga. Visoko{7}}precizni procesi kao što su strojna obrada i EDM rezervirani su za dijelove koji moraju ispunjavati stroge zahtjeve tolerancije, gdje su dodatni troškovi i vrijeme obrade opravdani kritičnošću primjene.

U-stvarnoj proizvodnji uobičajeno je kombinirati nekoliko ovih metoda unutar jednog tijeka završne obrade -, na primjer, pjeskarenje dijela za uklanjanje površinskog kamenca i ujednačavanje njegovog izgleda, nakon čega slijedi ciljana strojna obrada na kritičnim spojnim površinama i završna obrada s elektropoliranjem kako bi se postigla glatka površina i poboljšana otpornost na koroziju na gotovoj komponenti. Ova vrsta slojevitog pristupa omogućuje proizvođačima da uravnoteže cijenu, propusnost i kvalitetu konačnog dijela, umjesto da se oslanjaju na bilo koju pojedinačnu naknadnu-metodu obrade kako bi ispunili sve zahtjeve odjednom.