Jaké jsou běžné metody povrchové úpravy pro kovový 3D tisk?

1, Mechanické přesné obrábění: od tradičního řemesla po inteligentní upgrade
Mechanicky přesné obrábění vyrovnává povrchy fyzickým odebíráním materiálů. Toto je hlavní způsob dokončení kovového 3D tisku. Hlavní věci, které dělá, jsou:
ruční leštění
Použití zařízení, jako je brusný papír a leštící pasta k leštění krok za krokem, může výrazně snížit drsnost povrchu (hodnota Ra může jít z 10–20 μm na méně než 0,8 μm). Tento postup na druhou stranu hodně závisí na provozních zkušenostech, není příliš opakovatelný ani účinný a je vhodný pouze pro výrobu malých sérií produktů s vysokou -přidanou hodnotou-, jako jsou šperky a umění.
CNC číslicově řízené broušení
Současné použití CNC obráběcích strojů a diamantových řezných nástrojů umožňuje vyrábět komplikované povrchy s velmi vysokou přesností (± 0,01 mm). Ale je těžké pracovat se složitými charakteristikami, jako jsou vnitřní průtokové kanály a mřížkové struktury, protože nástroje jsou těžko dostupné. Technika elektroerozivního obrábění (EDM) je potřebná například k vytvoření chladicích otvorů v lopatkách turbín leteckých motorů.
Systém pro automatické leštění
Zhejiang Tuobo a další společnosti uvolnily robotický automatický leštící systém, který dokáže odstranit podpůrné struktury a současně leštit povrchy pomocí 3D vizuálního polohování a kontroly silové zpětné vazby. Tento systém může pracovat s roboty od různých společností, jako jsou ABB a KUKA. Je 3–5krát rychlejší než dělat stejnou práci ručně a udržuje nepřesnost povrchu pod ± 0,05 mm. Hodně se používá v oblastech, jako je lékařské vybavení a automobilové díly.
2. Chemické a elektrochemické ošetření: řízení mikrostruktury a přidávání nových funkcí
Chemická úprava mění povrch materiálu jeho rozpuštěním nebo depozicí. Jeho hlavní operace jsou:
leštění chemikáliemi
Použitím kyselých nebo alkalických roztoků k selektivnímu rozpuštění povrchu se můžete zbavit nedostatků, jako je sféroidizace a struska, ke kterým dochází během tisku. Například chemické leštění může způsobit, že povrch implantátů z titanové slitiny bude méně drsný, od 6–12 μm do 0,2–1 μm, a může také vytvořit pasivační vrstvu, aby byly odolnější vůči korozi. Tento proces má významný vliv na úpravu dutých konstrukcí, ale je nutná přísná kontrola koncentrace roztoku a teploty, aby se zabránilo nadměrné korozi.
Elektrochemické leštění (ECP)
Použijte stejnosměrný proud v elektrolytu k selektivnímu rozpuštění mikrovýčnělků na kovovém povrchu. Díky tomu bude povrch hladký jako zrcadlo (hodnota Ra může být 0,01 μm nebo méně). Tuto metodu používá mnoho lékařských přístrojů. Například po ošetření ECP se drsnost povrchu kloubních protéz ze slitiny kobaltu a chromu sníží o 90 %, odolnost proti opotřebení se zvýší trojnásobně a lze eliminovat vzory tiskových vrstev, splňující požadavky biokompatibility.
eloxování
Elektrolytické procesy mohou vytvořit husté oxidové povlaky (5–20 μm silné) na lehkých slitinách, jako jsou hliníkové slitiny. Tyto fólie mohou výrazně zvýšit tvrdost (až 500HV) a odolnost proti korozi. Například po tvrdé anodizační úpravě mohou konstrukční součásti letectví odolávat korozi po dobu více než 5 000 hodin v prostředí solné mlhy s obsahem 3,5 % NaCl. Mikroporézní povaha filmové vrstvy může také absorbovat maziva a snížit koeficient tření.
3. Technologie povlakování a pokovování: Kombinace funkční ochrany a dekorace
Technologie povlakování vytváří ochranný povlak na povrchu nanesením něčeho fyzikálně nebo chemicky. Hlavní kroky v tomto procesu jsou:
PVD je zkratka pro Physical Vapour Deposition.
Použití vysokoenergetického bombardování ionty k nanesení tvrdých povlaků, jako je TiN a CrN, na povrch substrátu. Tento proces může výrazně zlepšit odolnost formové oceli proti opotřebení (prodloužit její životnost 3-5krát) a tloušťka povlaku je pouze 1-5 μm, aniž by byla ovlivněna rozměrová přesnost dílů. Například jedna společnost použila PVD ke zpracování 3D tištěných forem a zvýšila frekvenci lisování ze 100 000 na 500 000krát.
Galvanické pokovování a chemické pokovování
Galvanizace využívá elektrolytické reakce k nanášení kovových vrstev (jako je Ni a Cu) na povrch, což snižuje pravděpodobnost koroze a větší vodivost. Na druhé straně chemické pokovování využívá samo-katalytické reakce, aby byl povrch rovný (jako chemické pokovování slitinou niklu a fosforu). Jedna společnost například používá bezproudové niklování pro 3D tisk chladičů ze slitiny mědi. Díky tomu jsou odolné vůči solné mlze po dobu 1 000 hodin namísto 48 hodin, přičemž stále mají tepelnou vodivost 200 W/(m · K) nebo více.
Nástřik a pokrytí práškem
Nanášení sprejem využívá vysokotlaký proud vzduchu{0}} k přilepení práškového nebo tekutého nátěru k povrchu a vytvoření ochranné vrstvy o tloušťce 20–100 μm. Práškové stříkání na druhé straně využívá elektrostatickou adsorpci k rovnoměrné distribuci prášku, který po ochlazení vytvoří silný povlak. Tato metoda funguje pro venkovní nářadí, průmyslové stroje a další situace. Jedna společnost například používá práškové lakování k ošetření ocelových konstrukčních prvků potištěných 3D-, díky čemuž jsou odolné vůči neutrální solné mlze po dobu více než 2000 hodin.
4. Nové technologie: Laserové a kompozitní procesy vedou inovace: Laserové leštění
Použití vysokoenergetických laserových paprsků k roztavení povrchových materiálů na malé ploše a následnému proudění roztavené lázně k vyrovnání povrchu. Tato metoda může pracovat na zakřivených površích, které jsou těžko dosažitelné a mají malou tepelně ovlivněnou zónu (menší nebo rovnou 0,1 mm). Například jistý podnik používá laserové leštění k 3D tisku vysokoteplotních slitin na bázi niklu, čímž se snižuje drsnost povrchu z Ra 8 μm na Ra 2 μm, přičemž mechanické vlastnosti materiálu zůstávají nezměněny.
Abrasive Flow Machining (AFM)
K vyleštění složitých prvků, jako jsou křížové otvory a vnitřní průtokové kanály, proudí viskoelastický abrazivní materiál vnitřní komorou součásti. Tento postup může fungovat v místech, kam se těžko dostanete. Jedna společnost například využívá AFM ke zpracování 3D-tištěných trysek leteckého paliva, díky čemuž je vnitřní povrch méně drsný (od Ra 16 μm do Ra 1,6 μm) a zlepšuje rovnoměrnost proudění o 20 %.
Integrace kompozitních procesů
Použití více než jedné metody zpracování ke spolupráci za účelem zvýšení výkonu. Jistý podnik například používá kombinovaný proces „chemické leštění+eloxování+PVD povlak“ pro 3D tisk implantátů z titanové slitiny, který snižuje drsnost povrchu na Ra 0,05 μm, 5krát zlepšuje odolnost proti korozi a pevnost spojení mezi povlakem a substrátem dosahuje 40 MPa, což splňuje dlouhodobé-požadavky na služby ortopedických implantátů.