Kan 3D-tryckta metalldelar uppnå spegeleffekt?

1. Teknisk princip: Hur kan 3D-utskrift möta speglars behov?
Den största fördelen med 3D-utskrift av metall är att den omedelbart kan göra komplicerade former. Dess initiala ytråhet (Ra10-50 μm) skiljer sig dock mycket från spegelstandarden (Ra<0.01 μ m). To get the mirror effect, you need to work together on "printing+post-processing":
Grunderna i hög-precisionsutskrift
Selective Laser Melting (SLM)-teknologi kombinerar till exempel ett tunt lager av 20–60 μm pulver och en laserfläck som bara är några mikrometer bred för att få en dimensionell precision på ± 20–50 μm. Detta ger en stabil bas för senare polering. Hela processcentret för metalltillsatstillverkning som Hanbang Laser och Zhongnan Zhicheng arbetade på tillsammans har sänkt den initiala grovheten hos turbinbladen till Ra12 μm genom att förbättra skanningsstrategier och kontrollera skikttjockleken. Detta gör det möjligt att bearbeta speglar.
Inverkan av materialegenskaper
På grund av deras låga värmeutvidgningskoefficient och höga motståndskraft mot korrosion, har titanlegering, rostfritt stål och andra material blivit de bästa valen för spegelbehandling. Till exempel kan titanlegeringen TC4 som ofta används inom flygindustrin bli av med porer med hjälp av het isostatisk pressning (HIP) efter SLM-utskrift. Detta gör att materialtätheten blir 99,9% och gör poleringen mycket jämnare.
2. Processväg: En titt på hela processen, från utskrift till spegling
För ett spegelutseende måste du gå igenom fyra huvudsteg: grovslipning, finslipning, polering och beläggning. Varje steg kräver noggrann kontroll:
Ta bort lager och skavanker genom grov och fin slipning
Mekanisk slipning: Använd diamantslipskivor eller kiselkarbidsandpapper för att sakta bli av med tryckta lagermönster. Till exempel använder Jialichuang 3D-utskrift automatiserad sliputrustning för att göra BJ-processdelar mindre grova, från Ra2,4 μm till Ra0,8 μm, samtidigt som samma noggrannhetsnivå bibehålls.
Kemisk etsning: Sura lösningar används för att selektivt lösa upp ytutsprång på komplexa inre kavitetsgeometrier, vilket gör materialavlägsningen jämn. Till exempel använde ett flygbolag en etslösning baserad på fosforsyra för att göra motorbladen mindre nötande, från Ra15 μm till Ra3 μm.
Polering: Hoppet från under-spegel till spegel
Mekanisk polering: WENDTs tre-stegspoleringsmetod använder en grov polerskiva för att få bort slipmärken, en medelstor polerskiva för att jämna ut ytan och en finpoleringsskiva för att få en spegelfinish. Till exempel har Johnson & Johnsons höftimplantat en ytråhet på Ra0,05 μm efter denna behandling, vilket uppfyller kriterierna för biokompatibilitet.
Stressfri-polering är möjlig med elektrolytisk polering, som löser upp små stötar på ytan med hjälp av elektricitet. Till exempel använder ett visst märke av klockor salpetersyra-baserad elektrolyt för att göra 316L-huset i rostfritt stål mindre grovt, från Ra0,8 μm till Ra0,02 μm, och samtidigt gör det boetten mer motståndskraftig mot korrosion.
Beläggning: en dubbel förbättring av funktion och dekoration
Physical Vapor Deposition (PVD): Denna process lägger hårda beläggningar som TiN och CrN på spegelsubstrat. Tjockleken kan regleras mellan 0,5 och 2 μm. Detta gör beläggningarna mer motståndskraftiga mot slitage och ger dem vackra effekter som guld och svart. Till exempel har en biltillverkare använt PVD-teknik för att få växlingspaddlar att hålla mer än 500 000 gånger.
Kemisk nickelplätering: Elektrofri deponeringsprocess genererar ett konsekvent lager av nickel på komplexa krökta ytor som är 10 till 20 μm tjocka. Till exempel har en flygplanstillverkare gjort bränslemunstycken tre gånger mer motståndskraftiga mot korrosion genom att använda strömlös nickelplätering, samtidigt som måtten hålls noggranna inom ± 0,01 mm.
3. Användning i företag: Vanliga användningsområden för spegelutskrift i 3D
Området för flyg
Turbinblad, förbränningskammare och andra delar måste kunna hantera både höga temperaturer och god aerodynamik på samma gång. Till exempel använde GE Aviation den elektrolytiska poleringsmetoden SLM+ för att göra ytan på LEAP-motorbladen mindre grov, från Ra10 μm till Ra0,2 μm. Detta gjorde motorn 2% mer bränsleeffektiv.
Område för medicinsk utrustning
Ortopediska implantat, kirurgiska verktyg och andra saker måste vara biokompatibla och bekämpa bakterier. Till exempel tillverkade ett visst företag en 3D-tryckt acetabulär kopp av titanlegering som har en ytråhet på Ra0,03 μm efter elektrolytisk polering. Detta innebär att bakterier är mindre benägna att fastna på det, och risken för infektion efter operation är mycket lägre.
På området hemelektronik
Gångjärn för vikbara skärmar,-avancerade klockfodral och annat måste vara både lätta och starka. Hanbang Laser gjorde till exempel ett gångjärn i titanlegering för ett visst märke av mobiltelefoner. Den var 0,3 mm tjock och hade en ythårdhet på HV1200, vilket uppfyllde kraven för 200 000-faldiga tester.