Jaká je role chemického leštění při 3D tisku kovů?

一, Hlavní myšlenkou chemického leštění je selektivně rozpustit a znovu vytvořit povrch.
Oxidačně-redukční interakce mezi chemickými činidly (jako jsou kyselé nebo alkalické roztoky) a kovovým povrchem způsobuje, že se povrchová vrstva během chemického leštění rozpouští regulovaným způsobem. Jeho hlavní části jsou:
Mikroskopické výčnělky se snadněji rozpouštějí: Když je povrch nerovný (jako když jsou přítomny stopy po překrytí svarové lázně nebo nerozpuštěné částice prášku), dochází k jevu „výčnělky se přednostně rozpouštějí“, protože je zde více exponovaná oblast a rychlejší chemická reakce.
Vyrovnávání pomocí povrchového napětí: Když se kovové ionty rozpouštějí, jdou kvůli povrchovému napětí do konkávních míst. Po vytvrzení tak vznikne hladký, rovný povrch. Chemické leštění může například snížit drsnost povrchu (Ra) 3D tištěné titanové slitiny z 6–12 μm na 0,2–1 μm, což je v rámci kritérií biokompatibility potřebných pro lékařské implantáty.
Odstranění chybné vrstvy: Chemickým leštěním lze přesně odstranit neroztavené částice prášku, které ulpívají na povrchu (tloušťka cca 70 μm), což zabraňuje podpovrchovému poškození, ke kterému může dojít při standardním mechanickém leštění. Singapurští vědci vytvořili nový způsob leštění nerezové oceli 316L, který využívá vysokonapěťové pulsy a tradiční elektrochemické leštění, aby byl povrch méně drsný. Nová metoda zachovává energii-absorbující vlastnosti původní mřížkové struktury.
2, Hlavním účelem chemického leštění je zlepšit povrch a učinit jej užitečnějším.
1. Zlepšení kvality povrchu: překonání geometrických limitů a leštění složitých struktur
Pokud jde o leštění, může být obtížné pracovat s komplikovanými geometrickými tvary kovového 3D tisku, jako jsou mřížky, vnitřní kanály a porézní struktury. Chemické leštění, které nevyžaduje kontakt, je nyní nejlepším způsobem, jak zvládnout tyto druhy struktur:
Leštění vnitřních kanálů: Chemická činidla mohou pronikat do vnitřních kanálků, které jsou jen několik mikrometrů široké, aby se zbavily otřepů vzniklých překrýváním tavné lázně. Například po chemickém leštění sníží vnitřní průtokový kanál palivové trysky v motoru letadla odpor proudění o 15 % a motor spotřebuje méně paliva.
Optimalizace porézní struktury: Chemické leštění může odstranit volné sférické vrstvy na povrchu pórů lékařských implantátů, jako jsou kyčelní jamky a mezitělové fúzní zařízení. To usnadňuje přilnutí kostních buněk k implantátům. Studie ukazují, že drsnost povrchu leštěné porézní titanové slitiny je snížena o 90 %, zatímco rychlost integrace kosti je zvýšena o 40 %.
Chemické leštění může fungovat na jakémkoli tvaru součásti, a proto může fungovat i na površích volných{0}}tvarů. Například chemické leštění vyhladilo komplikovaný aerodynamický povrch 3D tištěných lopatek turbíny o 10 μm až 1 μm a zvýšilo jejich aerodynamický výkon o 8 %.
2. Zlepšení mechanického výkonu: zbavte se vad a prodlužte životnost
Únavové trhliny v kovových 3D tištěných předmětech začínají povrchovými vadami. Chemické leštění zlepšuje mechanické vlastnosti následujícími způsoby:
snížení zbytkového napětí: Chemické leštění může částečně snížit zbytkové napětí, které je způsobeno tiskem, rozpuštěním malých oblastí. Chemické leštění může například prodloužit životnost 3D tištěných vysokoteplotních slitin na bázi niklu-vysoce{3}}z 5000 cyklů na 12000 cyklů.
Odstranění příčiny trhlin: Překrývající se stopy neroztavených částic prášku a roztavené lázně jsou běžnými místy, kde trhliny začínají. Chemické leštění může tyto problémy vyřešit a zvýšit práh pro růst únavových trhlin o 30 %.
Zhuštění povrchu: Povrchová vrstva se po chemickém leštění stává hustší, protože dochází k procesu rozpouštění a opětovného tuhnutí. Například po chemickém leštění klesne poréznost 3D-vytištěné slitiny kobaltu a chromu z 0,8 % na 0,02 % a její odolnost vůči korozi se zvýší pětkrát.
3. Optimalizace biokompatibility: splňuje přísné lékařské standardy
Lékařské implantáty musí mít velmi hladký povrch a být biokompatibilní. Chemické leštění slouží potřebám lékařského oboru následujícími způsoby:
Drsné povrchy se mohou snadno stát úkryty pro bakterie, proto je udržujte čisté. Chemické leštění může povrchy vyhladit až na sub-mikrometrovou úroveň, což výrazně snižuje riziko infekce. Po chemickém leštění se například uchycení Staphylococcus aureus na kolenní implantáty z titanové slitiny s 3D-tiskem snížilo o 90 %.
Kontrolujte uvolňování iontů: Když cokoliv leštíte mechanicky, může to přidat kontaminanty, které způsobují přílišné uvolňování nebezpečných iontů (jako jsou ionty niklu). Chemické leštění čistí povrch pouze pomocí chemických reakcí, což zajišťuje, že uvolňování iontů splňuje požadavek na biokompatibilitu ISO 10993.
Podpora regenerace tkání: Hladké povrchy mohou pomoci buňkám slepit se a snížit imunologické reakce. Studie ukazují, že rychlost růstu osteoblastů na povrchu chemicky leštěné 3D tištěné porézní titanové slitiny je dvojnásobná.
3, Využití chemického leštění v průmyslu: od testování prototypů až po výrobu finálních výrobků
1. Letectví: Dělání věcí spolehlivějších v drsných podmínkách
Lopatky leteckých motorů, spalovací komory a další díly musí být schopny zvládnout extrémní teploty, tlaky a korozní podmínky. Chemické leštění prodlužuje životnost dílů zlepšením stavu povrchu.
Lopatky turbíny: Chemické leštění může odstranit stopy, které na povrchu lopatek zanechala roztavená lázeň, a zpomalit proces vysokoteplotní -oxidace. Po chemickém leštění zvládnou například lopatky turbíny motoru GE Aviation LEAP teploty o 50 stupňů vyšší a vydrží o 20 % déle.
Chemickým leštěním se můžete zbavit mikrotrhlin na vnitřní straně vložky spalovací komory, díky čemuž lépe zvládá tepelné namáhání. 1000stupňový test tepelného cyklování ukázal, že rychlost šíření trhlin ve vložkách ze slitiny na bázi leštěného niklu-je o 60 % nižší.
2. Lékařské implantáty: díky nim jsou jedinečné a užitečné
Chemické leštění je nejdůležitější součástí lékařského 3D tisku post-zpracování. Podporuje celý proces, od přizpůsobení návrhů až po jejich fungování:
Ortopedické implantáty, jako jsou kyčelní jamky a mezitělová fúzní zařízení, jsou vyrobeny tak, aby se přizpůsobily pacientovu tělu a potřebují chemické leštění, aby se dosáhlo správné rovnováhy mezi hladkostí a integrací kostí. Například zařízení DePuy Synthes společnosti Johnson&Johnson pro 3D tištěné mezitělové fúze z titanové slitiny má po chemickém leštění drsnost povrchu 0,8 μm a klinickou úspěšnost více než 95 %.
Kardiovaskulární stent: Chemické leštění může odstranit otřepy na povrchu stentu a snížit riziko trombózy. Po chemickém leštění se drsnost povrchu 3D tištěného stentu z nikl-titanové slitiny Boston Scientific snížila z 5 μm na 0,5 μm a rychlost endotelizace vzrostla o 30 %.
3. Průmyslová zařízení: snížit náklady na údržbu a zajistit, aby věci fungovaly lépe
Chemické leštění zlepšuje stav povrchů, což snižuje tření a spotřebu energie průmyslových zařízení.
Výroba forem: Po chemickém leštění se drsnost povrchu 3D tištěných vstřikovacích forem pohybuje od 8 μm do 0,5 μm, síla potřebná k odstranění formy se sníží o 40 % a forma vydrží třikrát déle.
Chemické leštění může zbavit otřepy v průtokovém kanálu tělesa ventilu a usnadnit průtok tekutin. Například po chemickém leštění snižuje 3D-tištěné tělo hydraulického ventilu Caterpillar ztrátu tlaku o 15 % a zvyšuje účinnost systému o 8 %.