Wat zijn de vereisten voor oppervlakteruwheid voor 3D-printen met metaal in verschillende industrieën?

一, De technische betekenis en industriële invloed van oppervlakteruwheid.
Oppervlakteruwheid (Ra) is een belangrijke maatstaf voor de micro-geometrische vorm van het oppervlak. Het getal dat hiervoor naar voren komt, heeft rechtstreeks invloed op hoe goed het onderdeel bestand is tegen slijtage, corrosie, vermoeidheid en afdichting. Wanneer je met metaal 3D print, wordt de Ra-waarde beïnvloed door zaken als de grootte van de poederdeeltjes, de dikte van de lagen, de kracht van de laser en de scantechniek. Fijn poeder (15–45 μm) kan bijvoorbeeld een Ra-waarde van slechts 3–5 μm hebben, omdat het goed vloeit en het smeltbad gelijkmatig vult. Aan de andere kant hebben grove poeders (53–105 μm) meestal Ra-waarden tussen 8 en 12 μm omdat hun deeltjes te groot zijn.
Meestal liggen de Ra-waarden van geprinte onderdelen die niet zijn geoptimaliseerd tussen 7 en 20 μm. Dit niveau kan voldoen aan de meeste industriële behoeften, hoewel er grote functionele risico's zijn in de high-industrie.
Lucht- en ruimtevaart: Ruwe oppervlakken kunnen gemakkelijk spanning veroorzaken, waardoor motorbladen te snel kunnen breken als ze onder hoge temperatuur en druk staan.
Medische implantaten: Ra-niveaus hoger dan 3,2 μm verhogen het gevaar dat micro-organismen eraan blijven kleven en kunnen na een operatie infecties veroorzaken;
Consumentenelektronica: Oppervlakteruwheid kan het moeilijker maken voor optische onderdelen om licht door te laten en de helderheid van beelden te verminderen.
2. De behoeften aan en voorbeelden van sectordifferentiatie
1. Lucht- en ruimtevaart: het uiteindelijke doel van Ra Kleiner dan of gelijk aan 1,6 μm
De lucht- en ruimtevaartsector hanteert zeer strenge normen voor de betrouwbaarheid van onderdelen. Zo moeten turbinebladen bij een hoge temperatuur van 1300 graden Celsius een centrifugaalkracht van 100.000 toeren per minuut aankunnen. Zelfs kleine oppervlaktefouten kunnen vreselijke gevolgen hebben. In de zakenwereld is vastgesteld dat:
Technische norm: Om het risico te verkleinen dat de oxidatielaag bij hoge- temperaturen loslaat, moet de Ra-waarde van essentiële onderdelen tussen 0,8 en 1,6 μm worden gehouden.
In een typisch scenario werd laserselectieve smelttechnologie (SLM) gebruikt om monokristallijne bladen voor een bepaald type vliegtuigmotor te printen. Daarna werd vacuüm-elektropolijsten gebruikt om het oppervlak gladder te maken, waardoor de ruwheid werd verlaagd van Ra12 m naar Ra0,8 m en de levensduur tegen vermoeiing met 40% werd verlengd.
Procesinnovatie: De Huashu High Tech FS200M-machine heeft een fijne lichtvlek van 40 μm die onderdelen van Ra3,0 μm direct kan printen. Dit komt tegemoet aan de behoeften van de lucht- en ruimtevaartindustrie aan massaproductie van kleine precisieonderdelen.
2. Medische implantaten: rode lijn voor biocompatibiliteit met Ra 3,2 m
De medische sector heeft ruwe oppervlakken nodig omdat deze veiliger zijn voor mensen en beter werken met andere dingen:
Orthopedische implantaten: gewrichtsprothesen van titaniumlegeringen moeten de trabeculaire structuur van bot nabootsen, waarbij de oppervlakteruwheid wordt geregeld op Ra1,5-2,5 μm om de hechting en proliferatie van botcellen te vergemakkelijken;
Tandheelkundige implantaten: De Ra-waarde van het schroefdraadgebied moet kleiner dan of gelijk zijn aan 3,2 μm; anders zou bacteriële ontwikkeling peri-implantitis kunnen veroorzaken.
De optimalisatie van de hele procesketen van Yunyao Shenwei (ultra-fijne poederverspreiding + hoge-precieze optische padcontrole) geeft het oppervlak een kwaliteit van Ra0,8–2,8 μm. Dit betekent dat implantaten zonder extra bewerking rechtstreeks naar de operatiekamer kunnen.
3. Elektronica voor consumenten: Ra Minder dan of gelijk aan 0,8 μm is het criterium voor optische kwaliteit.
De drang naar kleinere producten en meer functies in de consumentenelektronica is de drijvende kracht achter de zoektocht naar gladde oppervlakken.
Optische onderdelen: De houder voor de camera van de mobiele telefoon moet een Ra van 0,8 μm of minder hebben om wazige beelden als gevolg van lichtverstrooiing te voorkomen.
Structurele onderdelen: Om te voorkomen dat laptopscharnieren te snel verslijten, moeten ze worden behandeld met een oppervlak met een Ra van minder dan 1,6 μm.
Industriepraktijk: Zhongrui Technology iSLM80P-apparatuur maakt gebruik van een 25 m spot- en dynamische poederspreidingstechnologie om micro-antennes met Ra 3,2 m direct te printen. Hierdoor wordt de na-verwerkingstijd met 80% verkort vergeleken met standaardmethoden.
4. Energie en schimmel: een goed compromis tussen kosten en Ra Kleiner dan of gelijk aan 6,3 μm
Bij het maken van energieapparatuur en matrijzen moet de oppervlakteruwheid een goede mix zijn van kosten en prestaties:
Verbrandingskamer van de gasturbine: deze moet bestand zijn tegen hoge temperaturen van 1200 graden en gaserosie. De oppervlakteruwheid moet tussen Ra3,2 en 6,3 μm worden gehouden om een ​​compromis te vinden tussen corrosieweerstand en verwerkingsefficiëntie.
Spuitgietmatrijs: De Ra-waarde van het oppervlak van het conforme koelkanaal moet kleiner dan of gelijk zijn aan 6,3 μm. Als dit niet het geval is, kan het product vervormen omdat het niet gelijkmatig afkoelt.
Zo werd SLM-technologie gebruikt om een ​​bepaald type automatrijs te printen. Door chemisch polijsten daalde de Ra-waarde van 15 μm naar 6,3 μm, waardoor de mal 30% langer meeging.