Kunnen metalen 3D-geprinte onderdelen een spiegeleffect bereiken?

1. Technisch principe: Hoe kan 3D-printen voldoen aan de behoeften van spiegels?
Het grote voordeel van 3D-printen met metaal is dat je er direct ingewikkelde vormen mee kunt maken. De initiële oppervlakteruwheid (Ra10-50 μm) verschilt echter sterk van de spiegelstandaard (Ra<0.01 μ m). To get the mirror effect, you need to work together on "printing+post-processing":
Basisprincipes van afdrukken met hoge-precisie
Selective Laser Melting (SLM)-technologie combineert bijvoorbeeld een dunne laag poeder van 20–60 μm en een laservlek van slechts enkele micrometers breed om een ​​maatnauwkeurigheid van ± 20–50 μm te verkrijgen. Dit vormt een stevige basis om later te polijsten. Het volledige procescentrum voor metaaladditieve productie waar Hanbang Laser en Zhongnan Zhicheng samen aan werkten, heeft de initiële ruwheid van turbinebladen verlaagd tot Ra12 μm door scanstrategieën te verbeteren en de laagdikte te beheersen. Hierdoor is het mogelijk spiegels te verwerken.
Impact van materiaaleigenschappen
Vanwege hun lage thermische uitzettingscoëfficiënt en hoge weerstand tegen corrosie zijn titaniumlegeringen, roestvrij staal en andere materialen de beste keuzes geworden voor spiegelverwerking. De TC4-titaniumlegering die vaak in de lucht- en ruimtevaartindustrie wordt gebruikt, kan bijvoorbeeld poriën verwijderen met behulp van heet isostatisch persen (HIP) na SLM-printen. Hierdoor bedraagt ​​de materiaaldichtheid 99,9% en wordt het polijsten veel gelijkmatiger.
2. Procespad: Een blik op het hele proces, van afdrukken tot spiegelen
Voor een spiegelend uiterlijk moet u vier hoofdstappen doorlopen: grof slijpen, fijn slijpen, polijsten en coaten. Elke stap vereist zorgvuldige controle:
Het verwijderen van lagen en oneffenheden door middel van grof en fijn slijpen
Mechanisch slijpen: Gebruik diamantslijpschijven of siliciumcarbide schuurpapier om de gedrukte laagpatronen langzaam te verwijderen. Jialichuang 3D-printen maakt bijvoorbeeld gebruik van geautomatiseerde slijpapparatuur om BJ-procesonderdelen minder ruw te maken, gaande van Ra2,4 μm tot Ra0,8 μm, terwijl hetzelfde nauwkeurigheidsniveau behouden blijft.
Chemisch etsen: Zure oplossingen worden gebruikt om oppervlakte-uitsteeksels op complexe interne holtegeometrieën selectief op te lossen, waardoor de materiaalverwijdering gelijkmatig wordt. Een luchtvaartbedrijf gebruikte bijvoorbeeld een etsoplossing op basis van fosforzuur om de motorbladen minder schurend te maken, gaande van Ra15 μm tot Ra3 μm.
Polijsten: de sprong van sub-spiegel naar spiegel
Mechanisch polijsten: De WENDT-polijstmethode in drie- stappen maakt gebruik van een grof polijstwiel om slijpsporen te verwijderen, een medium polijstwiel om het oppervlak glad te maken en een fijn polijstwiel om een ​​spiegelafwerking te verkrijgen. Zo hebben de heupimplantaten van Johnson & Johnson na deze behandeling een oppervlakteruwheid van Ra0,05 μm, wat voldoet aan de biocompatibiliteitscriteria.
Stressvrij polijsten is mogelijk met elektrolytisch polijsten, waarbij kleine oneffenheden op het oppervlak met behulp van elektriciteit worden opgelost. Een bepaald horlogemerk gebruikt bijvoorbeeld een elektrolyt op basis van salpeterzuur- om de 316L roestvrijstalen kast minder ruw te maken, gaande van Ra0,8 μm tot Ra0,02 μm, en tegelijkertijd maakt het de kast beter bestand tegen corrosie.
Coating: een dubbele verbetering van functie en decoratie
Physical Vapour Deposition (PVD): Bij dit proces worden harde coatings zoals TiN en CrN op spiegelsubstraten aangebracht. De dikte kan worden geregeld tussen 0,5 en 2 μm. Hierdoor zijn de coatings beter bestand tegen slijtage en krijgen ze prachtige effecten zoals goud en zwart. Een autofabrikant heeft bijvoorbeeld PVD-technologie gebruikt om schakelpeddels meer dan 500.000 keer mee te laten gaan.
Chemisch vernikkelen: Het stroomloze afzettingsproces genereert een consistente laag nikkel op complexe gebogen oppervlakken die 10 tot 20 μm dik is. Een vliegtuigfabrikant heeft bijvoorbeeld brandstofsproeiers drie keer beter bestand gemaakt tegen corrosie door gebruik te maken van stroomloos vernikkelen, terwijl de afmetingen toch nauwkeurig zijn gebleven tot op ± 0,01 mm.
3. Gebruik in het bedrijfsleven: veelgebruikte toepassingen voor spiegel-3D-printen
Gebied van de lucht- en ruimtevaart
Turbinebladen, verbrandingskamers en andere onderdelen moeten tegelijkertijd bestand zijn tegen hoge temperaturen en een goede aerodynamica. GE Aviation gebruikte bijvoorbeeld de SLM+elektrolytische polijstmethode om het oppervlak van de LEAP-motorbladen minder ruw te maken, gaande van Ra10 μm tot Ra0,2 μm. Hierdoor werd de motor 2% zuiniger.
Gebied van medische hulpmiddelen
Orthopedische implantaten, chirurgische instrumenten en andere dingen moeten biocompatibel zijn en bacteriën bestrijden. Een bepaald bedrijf heeft bijvoorbeeld een 3D-geprinte acetabulumcup van titaniumlegering gemaakt met een oppervlakteruwheid van Ra0,03 μm na elektrolytisch polijsten. Dit betekent dat de kans kleiner is dat ziektekiemen eraan blijven kleven en dat het risico op infectie na een operatie veel lager is.
Op het gebied van consumentenelektronica
Scharnieren voor vouwschermen, hoogwaardige- horlogekasten en andere dingen moeten zowel licht als sterk zijn. Hanbang Laser heeft bijvoorbeeld een scharnier van een titaniumlegering gemaakt voor een bepaald merk mobiele telefoon. Het was 0,3 mm dik en had een oppervlaktehardheid van HV1200, wat voldeed aan de eisen van 200.000 vouwtests.