Koks yra cheminio poliravimo vaidmuo metalo 3D spausdinime?

一 Pagrindinė cheminio poliravimo idėja yra pasirinktinai ištirpinti ir atstatyti paviršių.
Dėl oksidacijos-redukcijos sąveikos tarp cheminių reagentų (tokių rūgštinių ar šarminių tirpalų) ir metalo paviršiaus paviršiaus sluoksnis reguliuojamai ištirpsta cheminio poliravimo metu. Pagrindinės jo dalys yra:
Mikroskopiniai išsikišimai tirpsta lengviau: kai paviršius yra nelygus (pavyzdžiui, kai yra suvirinimo baseino persidengimo žymių arba neištirpusių miltelių dalelių), atsiranda „išsikišimas pirmiausia ištirpsta“, nes yra daugiau atviros vietos ir greitesnis cheminės reakcijos greitis.
Išlyginimas naudojant paviršiaus įtempimą: Kai metalo jonai ištirpsta, jie dėl paviršiaus įtempimo eina į įgaubtas vietas. Tai sukuria lygų, lygų paviršių, kai jis sukietėja. Pavyzdžiui, cheminis poliravimas gali sumažinti 3D spausdinto titano lydinio paviršiaus šiurkštumą (Ra) nuo 6–12 μm iki 0,2–1 μm, o tai atitinka medicininiams implantams reikalingus biologinio suderinamumo kriterijus.
Gedimo sluoksnio pašalinimas: cheminiu poliravimu galima tiksliai pašalinti neišsilydžiusias miltelių daleles, kurios prilipusios prie paviršiaus (maždaug 70 μm storio), o tai apsaugo nuo paviršiaus pažeidimų, kurie gali atsirasti atliekant standartinį mechaninį poliravimą. Singapūro mokslininkai sukūrė naują 316 l nerūdijančio plieno poliravimo būdą, kuriame naudojami aukštos-įtampos impulsai ir tradicinis elektrocheminis poliravimas, kad paviršius būtų mažiau šiurkštus. Naujasis metodas išlaiko pradinės gardelės struktūros energiją{5}}sugeriančias savybes.
2, pagrindinis cheminio poliravimo tikslas yra pagerinti paviršių ir padaryti jį naudingesnį.
1. Paviršiaus kokybės gerinimas: geometrinių ribų aplenkimas ir sudėtingų konstrukcijų poliravimas
Kalbant apie poliravimą, gali būti sunku dirbti su sudėtingomis metalo 3D spausdinimo geometrinėmis formomis, tokiomis kaip grotelės, vidiniai kanalai ir porėtos struktūros. Cheminis poliravimas, kuriam nereikia kontakto, dabar yra geriausias būdas tvarkyti tokias struktūras:
Vidinių kanalų poliravimas: cheminiai reagentai gali patekti į vidinius kanalus, kurie yra tik kelių mikrometrų pločio, kad atsikratytų įdubimų, susidarančių persidengus lydalo baseinui. Pavyzdžiui, po cheminio poliravimo, vidinis degalų purkštuko srauto kanalas lėktuvo variklyje sumažina srauto pasipriešinimą 15 %, todėl variklis naudoja mažiau degalų.
Porėtos struktūros optimizavimas: Cheminis poliravimas gali atsikratyti laisvų sferinių sluoksnių ant medicininių implantų, pvz., klubų kaušelių ir kūno suliejimo prietaisų, porų paviršiaus. Taip kaulų ląstelės lengviau prilimpa prie implantų. Tyrimai rodo, kad poliruoto poringo titano lydinio paviršiaus šiurkštumas sumažėja 90%, o kaulų integracijos greitis padidėja 40%.
Cheminis poliravimas gali būti naudojamas bet kokios formos detalėms, todėl jis gali būti naudojamas ir laisvos{0}}formos paviršiams. Pavyzdžiui, dėl cheminio poliravimo sudėtingas 3D spausdintų turbinų menčių aerodinaminis paviršius tapo lygesnis nuo 10 μm iki 1 μm ir padidino jų aerodinamines charakteristikas 8%.
2. Mechaninių savybių gerinimas: pašalinkite trūkumus ir pailginkite nuovargio tarnavimo laiką
Metalinių 3D spausdintų objektų nuovargio įtrūkimai prasideda nuo paviršiaus trūkumų. Cheminis poliravimas pagerina mechanines charakteristikas šiais būdais:
sumažinti liekamąjį įtempį: cheminis poliravimas gali iš dalies sumažinti likutinį įtempį, atsirandantį dėl spausdinimo, ištirpinus mažas sritis. Pavyzdžiui, cheminis poliravimas gali pailginti 3D spausdintų nikelio -pagrįstų aukštos temperatūros lydinių nuo 5 000 ciklų iki 12 000 ciklų nuovargio laiką.
Įtrūkimų priežasties pašalinimas: neišsilydžiusių miltelių dalelių ir išsilydusio baseino žymės yra dažnos vietos, kur prasideda įtrūkimai. Cheminis poliravimas gali išspręsti šias problemas ir padidinti nuovargio įtrūkimų augimo slenkstį 30%.
Paviršiaus tankinimas: Po cheminio poliravimo paviršiaus sluoksnis tampa tankesnis, nes tirpsta ir vėl kietėja. Pavyzdžiui, po cheminio poliravimo 3D -spausdinto kobalto chromo lydinio poringumas sumažėja nuo 0,8 % iki 0,02 %, o atsparumas korozijai padidėja penkis kartus.
3. Biologinio suderinamumo optimizavimas: atitinka griežtus medicinos standartus
Medicininiai implantai turi būti labai lygaus paviršiaus ir būti biologiškai suderinami. Cheminis poliravimas atitinka medicinos srities poreikius šiais būdais:
Nelygūs paviršiai gali lengvai pasislėpti bakterijoms, todėl pasirūpinkite, kad jie būtų švarūs. Cheminis poliravimas gali padaryti paviršius lygesnius iki sub -mikronų lygio, o tai labai sumažina infekcijos riziką. Pavyzdžiui, po cheminio poliravimo Staphylococcus aureus pritvirtinimas prie kelių implantų, pagamintų iš 3D-spausdinto titano lydinio, sumažėjo 90 proc.
Kontroliuokite jonų išsiskyrimą: kai ką nors poliruojate mechaniškai, tai gali pridėti teršalų, dėl kurių pavojingų jonų (pvz., nikelio jonų) išsiskiria per daug. Cheminis poliravimas išvalo paviršių naudojant tik chemines reakcijas, todėl jonų išsiskyrimas atitinka ISO 10993 biologinio suderinamumo reikalavimą.
Skatinti audinių regeneraciją: lygūs paviršiai gali padėti ląstelėms sulipti ir sumažinti imunologines reakcijas. Tyrimai rodo, kad osteoblastų augimo greitis ant chemiškai poliruoto 3D spausdinto porėto titano lydinio paviršiaus padvigubėja.
3, Cheminio poliravimo panaudojimas pramonėje: nuo prototipų testavimo iki galutinių produktų gamybos
1. Aviacija ir erdvė: daiktų patikimumas atšiauriomis sąlygomis
Orlaivio variklio mentės, degimo kameros ir kitos dalys turi būti atsparios ekstremalioms temperatūroms, slėgiui ir korozinėms sąlygoms. Cheminis poliravimas pagerina paviršiaus būklę, todėl dalys tarnauja ilgiau.
Turbinos mentės: cheminiu poliravimu galima atsikratyti išlydyto baseino ant menčių paviršiaus paliktų žymių ir sulėtinti aukštos{0}} temperatūros oksidacijos procesą. Pavyzdžiui, po cheminio poliravimo „GE Aviation“ LEAP variklio turbinos mentės gali atlaikyti 50 laipsnių aukštesnę temperatūrą ir tarnauja 20 % ilgiau.
Cheminis poliravimas gali pašalinti mikroįtrūkimus degimo kameros įdėklo viduje, todėl jis geriau atlaiko šiluminį įtampą. 1000 laipsnių šiluminio ciklo bandymas parodė, kad poliruoto nikelio -lydinio įdėklų įtrūkimų plitimo greitis yra 60 % mažesnis.
2. Medicininiai implantai: jų unikalumas ir naudojimas
Cheminis poliravimas yra svarbiausia medicininio 3D spausdinimo apdorojimo{1}} dalis. Jis palaiko visą procesą nuo dizaino pritaikymo iki jų veikimo:
Ortopediniai implantai, tokie kaip klubų kaušeliai ir tarpkūnių suliejimo įtaisai, yra pagaminti taip, kad tiktų paciento kūnui, todėl juos reikia cheminiu poliravimu, kad būtų pasiekta tinkama pusiausvyra tarp glotnumo ir kaulų integravimo. Pavyzdžiui, Johnson&Johnson's DePuy Synthes 3D spausdinto titano lydinio suliejimo įrenginio paviršiaus šiurkštumas po cheminio poliravimo yra 0,8 μm, o klinikinės sėkmės rodiklis yra didesnis nei 95%.
Širdies ir kraujagyslių sistemos stentas: cheminis poliravimas gali atsikratyti stento paviršiaus įbrėžimų ir sumažinti trombozės tikimybę. Po cheminio poliravimo Boston Scientific 3D spausdinto nikelio titano lydinio stento paviršiaus šiurkštumas sumažėjo nuo 5 μm iki 0,5 μm, o endotelizacijos greitis padidėjo 30%.
3. Pramoninė įranga: sumažinkite priežiūros išlaidas ir pagerinkite darbą
Cheminis poliravimas pagerina paviršių būklę, o tai sumažina pramoninės įrangos trintį ir energijos sąnaudas.
Formų gamyba: po cheminio poliravimo 3D spausdintų įpurškimo formų paviršiaus šiurkštumas pakyla nuo 8 μm iki 0,5 μm, formoms pašalinti reikalinga jėga sumažėja 40%, o forma tarnauja tris kartus ilgiau.
Cheminis poliravimas gali atsikratyti vožtuvo korpuso srauto kanalo įbrėžimų ir palengvinti skysčių tekėjimą. Pavyzdžiui, po cheminio poliravimo „Caterpillar“ 3D{2}}atspausdintas hidraulinio vožtuvo korpusas sumažina slėgio nuostolius 15 % ir padidina sistemos efektyvumą 8 %.