Общи методи за последваща-обработка и довършителни работи за метални 3D отпечатани части

Металните 3D отпечатани части рядко напускат камерата за изграждане в окончателното им използваемо състояние. Тъй като -отпечатаните повърхности обикновено носят видими линии на слоеве, синтеровани или частично разтопени прахови частици и поддържат-структурни свидетелски белези, които трябва да бъдат разгледани, преди частта да е готова за функционална употреба, сглобяване или естетическо представяне. Обичайните методи за довършителни работи за метални 3D отпечатани части включват ръчно шлайфане, пясъкоструене, барабанно шлайфане, вибрационно/центробежно шлайфане, обработка с абразивни потоци (екструдирано хонинговане), галванопластика и електрополиране и прецизна обработка, шлайфане и EDM (обработка с електроразряд). Спецификата на всеки метод е описана по-долу.

Шлайфането използва инструменти като шкурка и пили за механично изтриване на повърхността на детайла директно на ръка и може значително да подобри грапавостта на повърхността. При шлайфаните части повърхностното покритие се подобрява с коефициент от три до пет, а методът е особено ефективен при премахване на линии на слоеве, остри ръбове и други локализирани повърхностни дефекти, останали от процеса на печат. Ръчното шлифоване е гъвкаво - операторът може да фокусира вниманието си точно там, където е необходимо, като работи около сложна геометрия, която автоматизираните процеси може да се затруднят да достигнат -, но е сравнително трудоемко-и бавно. Поради това има тенденция да бъде най-подходящ за малки производствени партиди или за целенасочено, локализирано довършване на специфични характеристики на част, а не за обща обработка на цял производствен цикъл.

Пясъкоструенето използва сгъстен въздух, за да задвижи абразивна среда - алуминиев оксид, перли от неръждаема стомана или стъклени перли, наред с други опции - върху повърхността на детайла с висока скорост, създавайки равномерно матово или лъскаво покритие в зависимост от избраната среда. Предимствата му включват:

Бързо отстраняване на повърхностни драскотини и следи от инструменти, останали от процеса на изграждане;

Няма промяна в точността на размерите на частта, като обработката обикновено завършва само за няколко минути;

Регулируем интензитет на обработка чрез контрол на налягането на въздуха - по-ниско налягане може да се използва за промяна на цвета и външния вид на повърхността, докато по-високото налягане позволява премахване на ръбове на остри ръбове и малки издатини.

Пясъкоструенето е много подходящо за групова обработка на части със сложна геометрия, тъй като моделът на пръскане може да достигне до вдлъбнатини и около контури, които биха били трудни за достъп с твърди абразивни инструменти, което го прави един от по-универсалните и широко използвани методи за довършителни работи за метални AM части.

Преобръщането поставя частите заедно с абразивна среда - като керамична среда или стоманена среда - във въртящ се барабан или варел, където механичното триене между частите и средата изглажда повърхността с течение на времето. Основните характеристики на този метод включват:

Той е най-подходящ за части със сравнително проста геометрия, като цилиндрични или блок-компоненти, където преобръщането може да направи постоянен контакт по цялата повърхност;

Множество части могат да се обработват едновременно, което дава на метода относително висока производителност за партидно довършване;

Ефективността му върху вътрешни повърхности или сложни структури е ограничена, тъй като преобръщащата се среда може да не успее да достигне до вътрешни канали, дълбоки вдлъбнатини или сложни решетъчни структури - реално ограничение, като се има предвид колко често металният АМ се използва точно за производството на такива вътрешни геометрии.

Вибрационното и центробежното шлайфане използва центробежни дискови или цилиндрични системи, при които центробежната сила задвижва абразивната среда срещу повърхността на детайла, за да осигури висока-енергия и голям-обем на довършване. Основните му предимства включват:

Бързо отстраняване на материала, което го прави много подходящ за операции по полиране, премахване на мустаци и-заобляне на ръбове;

Пригодност за партидна обработка на малки части, въпреки че включеното специализирано оборудване носи сравнително по-високи първоначални разходи в сравнение с по-простите методи като шлайфане или въртене.

Тъй като процесът концентрира енергията по-интензивно от стандартното въртене, той може да постигне за минути това, което конвенционалното въртене може да отнеме часове, което го прави привлекателен за производствени среди, където производителността е толкова важна, колкото качеството на повърхността.

Обработката с абразивен поток, известна също като екструдирано хонинговане, използва хидравлично бутало, за да принуди вискозна абразивна среда -, натоварена с фини абразивни частици - напред и назад през вътрешните повърхности на детайла, като отвори, канали или кухини, като постига прецизно оформяне отвътре навън. Характеристиките на този метод включват:

Прецизен контрол върху геометрията на вътрешната повърхност, способен да формира постоянни радиуси или да премахва неравностите от вътрешните проходи;

Приложимост към региони, които е трудно или невъзможно за традиционните процеси на полиране да достигнат - вътрешни канали и сложни кухини са отличен пример, и област, където металният 3D печат често създава геометрия, до която конвенционалното довършване просто не може да достигне;

Контролируемо отстраняване на материала, въпреки че времето за обработка обикновено е по-дълго, отколкото при механичните повърхностни методи, тъй като абразивният поток трябва да преминава през детайла многократно, за да се постигне желаното покритие.

Галванопластиката използва електрически ток за отлагане на метални йони от разтвор - като злато, сребро или хром - върху повърхността на детайла, образувайки тънък функционален или декоративен слой. Основните му цели включват подобряване на устойчивостта на износване, устойчивост на корозия, електрическа проводимост и цялостен външен вид, което го прави често срещан избор, когато метална AM част се нуждае от функционални свойства отвъд това, което основният печатен материал може да осигури сам.

Електрополирането, напротив, използва електрически ток за разтваряне на материала от повърхността на детайла, като намалява грапавостта на повърхността чрез изглаждане на микроскопични върхове и вдлъбнатини. Той е особено подходящ за полиране на части с неправилни форми, където инструментите за механично полиране биха се затруднили да поддържат равномерен контакт, и може значително да подобри външния вид на повърхността и да намали повърхностните дефекти,-свързани с триенето.

И двата процеса изискват внимателен контрол на плътността на тока и състава на електролита, за да се постигнат постоянни, повтарящи се резултати. Ключовата разлика между тях е, че галванопластиката е допълнителен процес - материалът се нанася върху повърхността -, докато електрополирането е субтрактивен процес - материалът се отстранява от повърхността. Разбирането на това разграничение има значение на практика, тъй като изборът на грешния за дадено изискване за толеранс може или да добави нежелана дебелина, или да премахне повече материал, отколкото може да понесе допустимото количество на частта.

Машинната обработка и шлайфането използват CNC мелници, стругове и подобно оборудване за директно отрязване на материал от част, постигайки високо-прецизен контрол на размерите и формата. Повърхностните покрития, постижими по този начин, могат да достигнат под Ra 0,8 μm, ниво на гладкост, с което повечето -отпечатани или носители-завършени повърхности не могат да достигнат сами по себе си.

Електроразрядната обработка (EDM) използва електрически искров разряд между електрод и обработвания детайл за ерозия на материала, което я прави много подходяща за довършване на закалени сплави или сложни вътрешни кухини, които биха били трудни за достигане с режещ инструмент. Основният му недостатък е скоростта на обработка, която има тенденция да бъде значително по-бавна от конвенционалната обработка.

Както машинната обработка/шлайфане, така и EDM изискват специализирано оборудване и квалифицирани оператори и обикновено са запазени за части със строги изисквания за толерантност - авиокосмическите компоненти са представителен пример, където точността на размерите и целостта на повърхността пряко влияят върху производителността на детайлите и границите на безопасност.

Изборът на правилния метод за довършване на метална 3D отпечатана част зависи от структурната геометрия на частта, нейните изисквания за прецизност и мащаба на производството. Механични методи като шлайфане и пясъкоструене са много подходящи за бърза повърхностна обработка с общо-целево, където времето за изпълнение е по-важно от постигането на възможно най-малките допуски. Химични и електрохимични методи като електрополиране и галванично покритие обикновено се избират за подобряване на функционалните характеристики - устойчивост на корозия, проводимост или характеристики на износване -, а не чисто по козметични причини. Процесите с висока -прецизност като механична обработка и EDM са запазени за части, които трябва да отговарят на строги изисквания за толерантност, където добавените разходи и време за обработка са оправдани от критичността на приложението.

В-производството в реалния свят е обичайно да се комбинират няколко от тези методи в рамките на един работен процес за довършителни работи -, например, пясъкоструене на част за премахване на повърхностния котлен камък и изравняване на външния й вид, последвано от целенасочена механична обработка на критични свързващи се повърхности и завършване с електрополиране за постигане както на гладка повърхност, така и на подобрена устойчивост на корозия на готовия компонент. Този вид многослоен подход позволява на производителите да балансират разходите, производителността и качеството на крайната част, вместо да разчитат на който и да е отделен метод за последваща-обработка, за да отговорят на всяко изискване наведнъж.