До какво ниво може полирането да издигне повърхността на металния 3D печат?

1. Грапавост на повърхността: скок от микрометри към нанометри
Грапавостта на повърхността е ключова мярка за качеството на повърхността на детайла. Той има пряк ефект върху това колко добре е устойчив на корозия, колко добре работи с триене и колко добре работи със светлина. Настройките на процеса, видът на материала и посоката на отпечатване имат голям ефект върху това колко грапави са първоначално металните 3D отпечатани части. Например грапавостта на повърхността на частите от титанова сплав, направени с метода на лазерно топене на прахообразно легло (LPBF), може да достигне Ra15–20 μm, когато се измерва в посоката на печат. Когато се измерва по посока на печат обаче, грапавостта може да бъде толкова ниска, колкото Ra8–12 μm, тъй като слоевете са по-плътно припокрити. Полирането може да направи повърхността много по-гладка:
Механично полиране: Използвайки автоматизирани машини за полиране и диамантени абразиви, грапавостта на повърхността на частите от алуминиева сплав, направени по метода BJ (адхезивно пръскане), може да бъде намалена от Ra2,4 μm до Ra0,8 μm или по-малко, което е достатъчно добро за повечето задачи за механично сглобяване. За високо-прецизни нужди, като опори за оптични огледала, много-етапното полиране (грубо полиране → фино полиране → ултра фино полиране) може да намали грапавостта на повърхността до Ra0,05 μm, което е близо до нивото на типично шлайфане на огледало.
Химическо полиране: Този метод използва киселинни или алкални разтвори за селективно разтваряне на повърхностни неравности. Работи добре върху сложни вътрешни кухини. Например грапавостта на повърхността на сърдечно-съдови стентове от неръждаема стомана 316L премина от Ra6 μm ​​до Ra0,2 μm след химическо полиране. Така се отърваха от микросферите-подобни на приставките, които се образуваха по време на печат, което намали риска от тромбоза.
Лазерно полиране: Използване на мощни лазерни лъчи за разтопяване на повърхностни материали в малка площ и след това оставяне на повърхностното напрежение на течния метал да свърши работата по изглаждането му. Проучванията показват, че след пет лазерни сканирания на компоненти от неръждаема стомана 316L, произведени с помощта на метода SLM, грапавостта на повърхността е намаляла от Sa21 μm до Sa1 μm, постигайки степен на редукция от 96%, без образуването на подповърхностен слой, който да се дължи на механично полиране.
2. Микроструктура: Подобряване от дефекти до уплътняване
Полирането не само прави повърхността да изглежда по-добре, но също така прави материала по-здрав, като премахва малките дефекти:
Затваряне на пукнатини: Микропукнатините, които се образуват, когато металният 3D печат се охлади твърде бързо, могат да бъдат частично затворени чрез механично полиращо налягане. Например, след вибрационно полиране, повърхностната плътност на счупване на турбинна лопатка на определен авиационен двигател спада с 40%, а дълготрайността на умора при висок цикъл се увеличава с 25%.
Освобождаване на остатъчното напрежение: Химическото полиране облекчава остатъчното напрежение на опън чрез разрушаване на повърхностния слой, което предотвратява корозионното напукване под напрежение. Третирането с декапиране на части от титаниева сплав TC4 показа, че остатъчното напрежение на повърхността е намаляло от -150MPa до -50MPa, а скоростта на корозия от солен спрей е намаляла с 60%.
Лазерното полиране може да причини претопяване на повърхността, което може да направи размера на зърното по-равномерен. Проучвания върху високо{1}}температурната сплав Inconel 718 показват, че лазерното полиране усъвършенства размера на зърното на повърхността от 50 μm до 10 μm, повишава твърдостта с 15% и намалява степента на увеличаване на теглото при окисление при 650 градуса с 30%.
3. Функционална производителност: преминаване от основен към висок-клас
Подобряването на качеството на повърхността след-полиране пряко корелира с оптимизирането на функционалната производителност:
Подобрена устойчивост на износване: По-гладките повърхности могат да намалят вероятността малките изпъкнали обекти да се допират едно до друго върху контактната повърхност. Тестът за триене на GCr15 носещи стоманени компоненти показва, че полирането на повърхността от Ra1,6 μm до Ra0,2 μm намалява коефициента на триене от 0,15 на 0,08 и количеството на износване намалява със 70%.
По-добра устойчивост на корозия: гладката повърхност затруднява полепването на корозивни вещества, а пасивиращият филм, който се образува по време на химическо полиране, добавя още повече защита. След електрохимично полиране, плътността на корозионния ток на 304 части от неръждаема стомана в 3,5% разтвор на NaCl намаля от 1,2 × 10 ⁻⁵ A/cm ² до 2,5 × 10 ⁻⁶ A/cm ², а устойчивостта на точкова корозия се повиши 5 пъти.
Подобрена оптична производителност: Изследванията върху полиране на огледала от алуминиева сплав AlSi10Mg показват, че когато грапавостта на повърхността се намали от Ra3,2 μm до Ra0,05 μm, коефициентът на отражение на видимата светлина се повишава от 85% на 92%, което е необходимо на лазерните комуникационни системи.
4. Индустриално приложение: Преместване от лабораторията към фабриката
Техниката за полиране е широко използвана в области, изискващи строги стандарти за качество на повърхността:
Аерокосмическа: Лазерното полиране се използва при определен тип дюза на ракетен двигател, за да се направи повърхността по-малко грапава, от Ra12 μm до Ra0,8 μm. Животът на топлинния цикъл в симулирана космическа среда (температурен диапазон: -180 градуса до 300 градуса) е увеличен от 50 на 200 пъти.
Медицински импланти: След химическо полиране грапавостта на повърхността на протезата на тазобедрената става от титаниева сплав премина от Ra8 μm до Ra0,5 μm. Това накара клетките да се придържат към имплантите с 40% по-добре и накара костите да се интегрират с тях с 30% по-бързо.
Прецизна форма: След полиране с адаптивно шлайфане (SAG), повърхностната грапавост на сърцевината на автомобилната шприцформа намалява до Ra0,02 μm, животът на матрицата се увеличава от 100 000 пъти до 500 000 пъти, а повърхностният блясък на продукта се повишава с 2 нива.