Vilken nivå kan polering höja ytan av metall 3D-utskrift till?

1. Ytjämnhet: ett hopp från mikrometer till nanometer
Ytjämnhet är ett nyckelmått på kvaliteten på en dels yta. Det har en direkt effekt på hur väl det motstår korrosion, hur bra det fungerar med friktion och hur bra det fungerar med ljus. Processinställningarna, typen av material och utskriftsriktningen har alla en stor inverkan på hur grova de 3D-utskrivna metalldelarna är till en början. Till exempel kan ytråheten hos titanlegeringsdelar tillverkade med laserpulverbäddsmältningsmetoden (LPBF) vara så hög som Ra15–20 μm när den mäts tvärs över utskriftsriktningen. Mäts längs utskriftsriktningen kan dock grovheten vara så låg som Ra8–12 μm eftersom skikten är tätare överlappade. Polering kan göra ytan mycket slätare:
Mekanisk polering: Med hjälp av automatiserade polermaskiner och diamantslipmedel kan ytråheten på aluminiumlegeringsdelar tillverkade med BJ-metoden (limsprayning) sänkas från Ra2,4 μm till Ra0,8 μm eller mindre, vilket är tillräckligt bra för de flesta mekaniska monteringsjobb. För hög-precisionsbehov, som stöd för optiska speglar, kan fler-polering (grovpolering → finpolering → ultrafin polering) sänka ytråheten till Ra0,05 μm, vilket är nära nivån för typisk spegelslipning.
Kemisk polering: Denna metod använder sura eller alkaliska lösningar för att selektivt lösa upp ojämnheter på ytan. Det fungerar bra på intrikata inre kavitetsstrukturer. Till exempel gick ytråheten hos 316L kardiovaskulära stentar i rostfritt stål från Ra6 μm ​​till Ra0,2 μm efter kemisk polering. Detta gjorde sig av med mikrosfären-liknande fästen som bildades under utskrift, vilket minskade risken för trombos.
Laserpolering: Använda kraftfulla laserstrålar för att smälta ytmaterial på en liten yta och sedan låta ytspänningen hos den flytande metallen göra jobbet med att jämna ut den. Studier indikerar att efter fem laserskanningar av 316L rostfria stålkomponenter tillverkade med SLM-metoden, minskade ytråheten från Sa21 μm till Sa1 μm, vilket uppnådde en reduktionshastighet på 96 %, utan att det bildades ett underjordiskt skadeskikt som kan tillskrivas mekanisk polering.
2. Mikrostruktur: Förbättring från brister till förtätning
Polering gör inte bara att ytan ser bättre ut, utan det gör också materialet starkare genom att bli av med små skavanker:
Sprickförslutning: Mikrosprickor som bildas när 3D-utskrift av metall svalnar för snabbt kan delvis stängas av mekaniskt poleringstryck. Till exempel, efter vibrationspolering, sjönk ytspricktätheten för ett visst flygmotorturbinblad med 40 %, och livslängden för högcykelutmattning ökade med 25 %.
Frigöring av restspänning: Kemisk polering lindrar kvarvarande dragspänning genom att bryta ner ytskiktet, vilket förhindrar spänningskorrosionssprickor. Betningsbehandlingen av TC4 titanlegeringsdelar visade att den kvarvarande spänningen på ytan sjönk från -150 MPa till -50 MPa, och korrosionshastigheten från saltspray minskade med 60 %.
Laserpolering kan orsaka omsmältning av ytan, vilket kan göra kornstorleken mer enhetlig. Studier av hög-temperaturlegeringen Inconel 718 indikerar att laserpolering förfinar ytkornstorleken från 50 μm till 10 μm, ökar hårdheten med 15 % och minskar oxidationens viktökningshastighet vid 650 grader med 30 %.
3. Funktionell prestanda: gå från grundläggande till avancerad-
Förbättringen av ytkvalitet efter-polering korrelerar direkt med optimering av funktionella prestanda:
Förbättrad slitstyrka: Jämnare ytor kan göra det mindre sannolikt för små konvexa enheter att vidröra varandra på kontaktytan. Friktionstestet på GCr15-lagerstålkomponenter visade att polering av ytan från Ra1,6 μm till Ra0,2 μm gjorde att friktionskoefficienten sjönk från 0,15 till 0,08 och att slitagemängden minskade med 70 %.
Bättre motståndskraft mot korrosion: En slät yta gör det svårare för frätande ämnen att fastna, och passiveringsfilmen som bildas vid kemisk polering ger ännu mer skydd. Efter elektrokemisk polering sjönk korrosionsströmtätheten för 304 delar av rostfritt stål i en 3,5 % NaCl-lösning från 1,2 × 10 ⁻⁵ A/cm ² till 2,5 × 10 ⁻⁶ A/cm ², och motståndet mot gropkorrosion ökade med 5 gånger.
Förbättrad optisk prestanda: Forskning om polering av speglar av aluminiumlegering av AlSi10Mg visar att när ytråheten sänks från Ra3,2 μm till Ra0,05 μm, går reflektansen för synligt ljus upp från 85 % till 92 %, vilket är vad laserkommunikationssystem behöver.
4. Industriapplikation: Flytta från labbet till fabriken
Poleringsteknik har använts i stor utsträckning inom områden som kräver stränga ytkvalitetsstandarder:
Flyg: Laserpolering används på en viss typ av raketmotormunstycke för att göra ytan mindre grov, från Ra12 μm till Ra0,8 μm. Den termiska cykellivslängden i en simulerad rymdmiljö (temperaturområde: -180 grader till 300 grader) har höjts från 50 till 200 gånger.
Medicinska implantat: Efter kemisk polering gick ytråheten hos höftledsproteser av titanlegering från Ra8 μm till Ra0,5 μm. Detta gjorde att cellerna höll fast vid implantaten 40 % bättre och gjorde att benen integrerades med dem 30 % snabbare.
Precisionsform: Efter polering med formadaptiv slipning (SAG) sjunker ytråheten hos formsprutningsformens kärna till Ra0,02 μm, formens livslängd går upp från 100 000 gånger till 500 000 gånger, och produktens ytglans ökar med 2 nivåer.