Na koju razinu poliranje može podići površinu metalnog 3D printanja?

1. Hrapavost površine: skok s mikrometra na nanometar
Hrapavost površine je ključna mjera kvalitete površine dijela. Ima izravan učinak na to koliko se dobro odupire koroziji, koliko dobro radi s trenjem i koliko dobro djeluje sa svjetlom. Postavke procesa, vrsta materijala i smjer ispisa imaju veliki učinak na to koliko su grubi metalni 3D ispisani dijelovi u početku. Na primjer, površinska hrapavost dijelova od legure titana izrađenih metodom laserskog taljenja praha (LPBF) može biti čak Ra15–20 μm kada se mjeri poprečno u smjeru ispisa. Međutim, kada se mjeri duž smjera ispisa, hrapavost može biti samo Ra8–12 μm jer se slojevi čvršće preklapaju. Poliranje može učiniti površinu mnogo glađom:
Mehaničko poliranje: Korištenjem automatiziranih strojeva za poliranje i dijamantnih abraziva, hrapavost površine dijelova od aluminijske legure izrađenih BJ metodom (raspršivanje ljepilom) može se smanjiti s Ra2,4 μm na Ra0,8 μm ili manje, što je dovoljno dobro za većinu poslova mehaničke montaže. Za potrebe visoke-preciznosti, kao što su nosači za optička zrcala, više{4}}stupanjsko poliranje (grubo poliranje → fino poliranje → ultra fino poliranje) može smanjiti hrapavost površine na Ra0,05 μm, što je blizu razine uobičajenog brušenja zrcala.
Kemijsko poliranje: Ova metoda koristi kisele ili alkalne otopine za selektivno otapanje površinskih neravnina. Dobro djeluje na zamršene strukture unutarnjih šupljina. Na primjer, hrapavost površine kardiovaskularnih stentova od nehrđajućeg čelika 316L prešla je s Ra6 μm ​​na Ra0,2 μm nakon kemijskog poliranja. Time su se riješili dodataka poput mikrosfera- koji su nastali tijekom ispisa, što je smanjilo rizik od tromboze.
Lasersko poliranje: Korištenje snažnih laserskih zraka za topljenje površinskih materijala na malom području, a zatim dopuštanje površinskoj napetosti tekućeg metala da obavi posao izglađivanja. Istraživanja pokazuju da je nakon pet laserskih skeniranja komponenata od nehrđajućeg čelika 316L proizvedenih SLM metodom, površinska hrapavost smanjena sa Sa21 μm na Sa1 μm, postigavši ​​stopu smanjenja od 96%, bez stvaranja ispodpovršinskog oštećenog sloja koji se može pripisati mehaničkom poliranju.
2. Mikrostruktura: Poboljšanje od nedostataka do zgušnjavanja
Poliranje ne samo da čini da površina izgleda bolje, već također čini materijal jačim uklanjanjem malih nedostataka:
Zatvaranje pukotina: mikropukotine koje nastaju kada se metalni 3D ispis prebrzo hladi mogu se djelomično zatvoriti mehaničkim pritiskom za poliranje. Na primjer, nakon poliranja vibracijama, površinska gustoća loma određene lopatice turbine zrakoplovnog motora pala je za 40%, a životni vijek dugotrajnog zamora povećao se za 25%.
Otpuštanje zaostalog naprezanja: Kemijsko poliranje ublažava zaostalo vlačno naprezanje razbijanjem površinskog sloja, što sprječava pucanje uslijed korozije. Tretman dekapiranjem dijelova od legure titana TC4 pokazao je da je zaostala napetost na površini pala s -150MPa na -50MPa, a stopa korozije od slanog spreja se smanjila za 60%.
Lasersko poliranje može uzrokovati ponovno taljenje površine, što može učiniti veličinu zrna ujednačenijom. Studije na visoko{1}}temperaturnoj leguri Inconel 718 pokazuju da lasersko poliranje pročišćava veličinu površinskih zrna s 50 μm na 10 μm, povećava tvrdoću za 15% i smanjuje stopu povećanja težine oksidacijom na 650 stupnjeva za 30%.
3. Funkcionalna izvedba: prelazak s osnovnog na visoki-end
Poboljšanje kvalitete površine nakon-poliranja izravno je povezano s optimizacijom funkcionalne izvedbe:
Poboljšana otpornost na habanje: glatke površine mogu smanjiti vjerojatnost da se sićušni konveksni entiteti međusobno dodiruju na kontaktnoj površini. Ispitivanje trenja na čeličnim komponentama ležaja GCr15 pokazalo je da je poliranje površine od Ra1,6 μm do Ra0,2 μm dovelo do pada koeficijenta trenja s 0,15 na 0,08, a količine trošenja za 70%.
Bolja otpornost na koroziju: glatka površina otežava lijepljenje korozivnih tvari, a pasivni film koji se stvara tijekom kemijskog poliranja dodaje još veću zaštitu. Nakon elektrokemijskog poliranja, gustoća struje korozije 304 dijela od nehrđajućeg čelika u 3,5% otopini NaCl pala je s 1,2 × 10 ⁻⁵ A/cm² na 2,5 × 10 ⁻⁶ A/cm², a otpornost na rupičastu koroziju porasla je 5 puta.
Poboljšana optička izvedba: istraživanje poliranja zrcala od aluminijske legure AlSi10Mg pokazuje da kada se hrapavost površine smanji s Ra3,2 μm na Ra0,05 μm, refleksija vidljive svjetlosti raste s 85% na 92%, što je ono što laserski komunikacijski sustavi trebaju.
4. Primjena u industriji: Prelazak iz laboratorija u tvornicu
Tehnika poliranja se intenzivno koristi u domenama koje zahtijevaju stroge standarde kvalitete površine:
Zrakoplovstvo: Lasersko poliranje koristi se na određenoj vrsti mlaznice raketnog motora kako bi površina bila manje hrapava, od Ra12 μm do Ra0,8 μm. Vijek trajanja toplinskog ciklusa u simuliranom svemirskom okruženju (temperaturni raspon: -180 stupnjeva do 300 stupnjeva) povećan je s 50 na 200 puta.
Medicinski implantati: Nakon kemijskog poliranja, hrapavost površine proteze zgloba kuka od legure titana je otišla od Ra8 μm do Ra0,5 μm. Zbog toga su stanice bolje prianjale na implantate 40%, a kosti su se s njima integrirale 30% brže.
Precizni kalup: Nakon poliranja brušenjem koje se prilagođava obliku (SAG), površinska hrapavost jezgre kalupa za brizganje automobila smanjuje se na Ra0,02 μm, životni vijek kalupa raste sa 100.000 puta na 500.000 puta, a sjajnost površine proizvoda raste za 2 razine.