Wat zijn de gebruikelijke oppervlaktebehandelingsmethoden voor 3D-printen van metaal?

1, Mechanische precisiebewerking: van traditioneel vakmanschap tot intelligente upgrade
Mechanische precisiebewerking egaliseert oppervlakken door materialen fysiek weg te nemen. Dit is de belangrijkste manier om het 3D-printen van metaal af te werken. De belangrijkste dingen die het doet zijn:
handmatig polijsten
Het gebruik van apparatuur zoals schuurpapier en polijstpasta om stap voor stap te polijsten kan de ruwheid van het oppervlak aanzienlijk verminderen (de Ra-waarde kan gaan van 10–20 μm tot minder dan 0,8 μm). Deze procedure is daarentegen sterk afhankelijk van de operationele ervaring, is niet erg herhaalbaar of efficiënt en is alleen goed voor het maken van kleine batches producten met een hoge-waarde-toegevoegde waarde, zoals sieraden en kunst.
CNC numerieke besturing slijpen
Door CNC-bewerkingsmachines en diamantslijpgereedschappen samen te gebruiken, kunnen ingewikkelde oppervlakken met een zeer hoge nauwkeurigheid (± 0,01 mm) worden geproduceerd. Maar het is moeilijk om met ingewikkelde kenmerken zoals interne stroomkanalen en roosterstructuren te werken, omdat de tools moeilijk te bereiken zijn. Voor het maken van koelgaten in bijvoorbeeld de turbinebladen van vliegtuigmotoren is een Electrical Discharge Machining (EDM) techniek nodig.
Systeem voor automatisch polijsten
Zhejiang Tuobo en andere bedrijven hebben een automatisch robotpolijstsysteem uitgebracht dat ondersteunende structuren kan verwijderen en tegelijkertijd oppervlakken kan polijsten met behulp van visuele 3D-positionering en force feedback-controle. Dit systeem kan werken met robots van verschillende bedrijven, zoals ABB en KUKA. Het is 3 tot 5 keer sneller dan hetzelfde werk met de hand, en het houdt de onnauwkeurigheid van het oppervlak onder ± 0,05 mm. Het wordt veel gebruikt op het gebied van medische apparatuur en auto-onderdelen.
2. Chemische en elektrochemische behandeling: controle van de microstructuur en toevoeging van nieuwe functies
Chemische behandeling verandert het oppervlak van een materiaal door het op te lossen of af te zetten. De belangrijkste activiteiten zijn:
polijsten met chemicaliën
Door zure of alkalische oplossingen te gebruiken om het oppervlak selectief op te lossen, kunnen fouten zoals sferoïdisatie en slak die tijdens het printen optreden, worden verholpen. Chemisch polijsten kan bijvoorbeeld het oppervlak van implantaten van titaniumlegeringen minder ruw maken, van 6–12 μm tot 0,2–1 μm, en het kan ook een passivatielaag creëren om ze beter bestand te maken tegen corrosie. Dit proces heeft een aanzienlijk effect op de behandeling van holle constructies, maar strikte controle van de oplossingsconcentratie en temperatuur is vereist om overmatige corrosie te voorkomen.
Elektrochemisch polijsten (ECP)
Gebruik gelijkstroom in de elektrolyt om de micro-uitsteeksels op het metalen oppervlak selectief op te lossen. Hierdoor wordt het oppervlak zo glad als een spiegel (Ra-waarde kan 0,01 μm of minder zijn). Veel medische apparatuur maakt gebruik van deze methode. Na een ECP-behandeling wordt de oppervlakteruwheid van gewrichtsprothesen van kobaltchroomlegering bijvoorbeeld met 90% verminderd, wordt de slijtvastheid drie keer verhoogd en kunnen druklaagpatronen worden geëlimineerd, waardoor wordt voldaan aan de eisen van biocompatibiliteit.
anodiseren
Elektrolytische processen kunnen dichte oxidecoatings (5–20 μm dik) creëren op lichtgewicht legeringen zoals aluminiumlegeringen. Deze films kunnen de hardheid (tot 500HV) en de weerstand tegen corrosie aanzienlijk verhogen. Na een harde anodisatiebehandeling zijn structurele onderdelen van de luchtvaart bijvoorbeeld meer dan 5000 uur bestand tegen corrosie in een zoutsproeiomgeving met 3,5% NaCl. De microporeuze aard van de filmlaag kan ook smeermiddelen opnemen en de wrijvingscoëfficiënt verlagen.
3. Coating- en platingtechnologie: combinatie van functionele bescherming en decoratie
Coatingtechnologie creëert een beschermende coating op het oppervlak door iets fysiek of chemisch af te zetten. De belangrijkste stappen in dit proces zijn:
PVD staat voor Physical Vapour Deposition.
Het gebruik van hoog{0}}ionenbombardement om harde coatings zoals TiN en CrN op het oppervlak van het substraat aan te brengen. Dit proces kan de slijtvastheid van vormstaal aanzienlijk verbeteren (waardoor de levensduur 3-5 keer wordt verlengd) en de laagdikte bedraagt ​​slechts 1-5 μm, zonder de maatnauwkeurigheid van de onderdelen te beïnvloeden. Eén bedrijf gebruikte bijvoorbeeld PVD om 3D-geprinte mallen te verwerken en verhoogde de stempelfrequentie van 100.000 naar 500.000 keer.
Galvaniseren en chemisch plateren
Galvaniseren maakt gebruik van elektrolytische reacties om metaallagen (zoals Ni en Cu) op een oppervlak af te zetten, waardoor het minder snel gaat corroderen en beter geleidend wordt. Bij chemisch plateren wordt daarentegen gebruik gemaakt van zelf-katalytische reacties om het oppervlak egaal te maken (zoals bij chemisch plateren met een nikkel-fosforlegering). Eén bedrijf maakt bijvoorbeeld gebruik van stroomloos vernikkelen om koellichamen van koperlegeringen in 3D te printen. Hierdoor zijn ze 1.000 uur bestand tegen zoutnevel in plaats van 48 uur, terwijl ze toch een thermische geleidbaarheid hebben van 200 W/(m·K) of meer.
Spuiten en afdekken met poeder
Bij spuitcoaten wordt gebruik gemaakt van luchtstroom onder hoge- druk om poeder- of vloeibare coating aan het oppervlak te hechten, waardoor een beschermende laag ontstaat van 20–100 μm dik. Bij poederspuiten wordt daarentegen gebruik gemaakt van elektrostatische adsorptie om het poeder gelijkmatig te verdelen, dat bij afkoeling een dikke laag vormt. Deze methode werkt voor buitengereedschap, industriële machines en andere situaties. Eén bedrijf gebruikt bijvoorbeeld poedercoating om 3D-geprinte stalen constructie-elementen te behandelen, waardoor ze meer dan 2000 uur bestand zijn tegen neutrale zoutnevel.
4. Nieuwe technologieën: laser- en composietprocessen leiden tot innovatie: laserpolijsten
Gebruik laserstralen met hoge{0}}energie om oppervlaktematerialen in een klein gebied te smelten en vervolgens het gesmolten zwembad te laten stromen om het oppervlak waterpas te maken. Deze methode kan werken op gebogen oppervlakken die moeilijk te bereiken zijn en een kleine warmte-impactzone hebben (kleiner dan of gelijk aan 0,1 mm). Een bepaald bedrijf maakt bijvoorbeeld gebruik van laserpolijsten om op nikkel gebaseerde hoge-temperatuurlegeringen in 3D te printen, waarbij de oppervlakteruwheid wordt verminderd van Ra 8 μm tot Ra 2 μm, terwijl de mechanische eigenschappen van het materiaal onveranderd blijven.
Abrasive Flow Machining (AFM)
Om complexe kenmerken zoals kruisgaten en interne stroomkanalen te polijsten, wordt visco-elastisch schuurmateriaal door de binnenkamer van het onderdeel geleid. Deze procedure kan werken op moeilijk bereikbare plaatsen. Eén bedrijf gebruikt bijvoorbeeld AFM om 3D-geprinte brandstofsproeiers voor de luchtvaart te verwerken, waardoor het binnenoppervlak minder ruw wordt (van Ra 16 μm tot Ra 1,6 μm) en de stroomuniformiteit met 20% wordt verbeterd.
Integratie van samengestelde processen
Gebruik meer dan één verwerkingsmethode om samen te werken om de prestaties te verbeteren. Een bepaalde onderneming past bijvoorbeeld een combinatieproces toe van 'chemisch polijsten+anodiseren+PVD-coating' voor het 3D-printen van implantaten van titaniumlegeringen, waardoor de oppervlakteruwheid wordt teruggebracht tot Ra 0,05 μm, de corrosieweerstand vijf keer wordt verbeterd en de hechtsterkte tussen de coating en het substraat 40 MPa bereikt, wat voldoet aan de lange- servicevereisten van orthopedische implantaten.