Iki kokio lygio poliravimas gali pakelti metalinio 3D spausdinimo paviršių?

1. Paviršiaus šiurkštumas: šuolis nuo mikrometrų iki nanometrų
Paviršiaus šiurkštumas yra pagrindinis detalės paviršiaus kokybės matas. Jis turi tiesioginį poveikį tam, kaip gerai jis atsparus korozijai, kaip gerai veikia su trintimi ir kaip gerai veikia su šviesa. Proceso nustatymai, medžiagos tipas ir spausdinimo kryptis turi didelę įtaką metalo 3D spausdinimo dalių grubumui iš pradžių. Pavyzdžiui, titano lydinio dalių, pagamintų naudojant lazerinio miltelių sluoksnio lydymosi (LPBF) metodą, paviršiaus šiurkštumas, matuojant spausdinimo kryptimi, gali siekti Ra15–20 μm. Tačiau matuojant spausdinimo kryptimi, šiurkštumas gali būti toks mažas kaip Ra8–12 μm, nes sluoksniai yra glaudžiau persidengia. Poliruojant paviršius gali būti daug lygesnis:
Mechaninis poliravimas: naudojant automatines poliravimo mašinas ir deimantinius abrazyvus, aliuminio lydinio dalių, pagamintų BJ metodu (klijų purškimas), paviršiaus šiurkštumą galima sumažinti nuo Ra2,4 μm iki Ra0,8 μm arba mažiau, o tai yra pakankamai gera daugeliui mechaninio surinkimo darbų. Didelio-tikslumo poreikiams, pvz., optinių veidrodžių atramų, kelių etapų poliravimas (šiurkštus poliravimas → smulkus poliravimas → itin smulkus poliravimas) gali sumažinti paviršiaus šiurkštumą iki Ra0,05 μm, o tai yra artima tipiško veidrodinio šlifavimo lygiui.
Cheminis poliravimas: Šis metodas naudoja rūgštinius arba šarminius tirpalus, kad būtų galima selektyviai ištirpinti paviršiaus nelygumus. Jis gerai veikia sudėtingose ​​vidinės ertmės struktūrose. Pavyzdžiui, 316 l nerūdijančio plieno širdies ir kraujagyslių stentų paviršiaus šiurkštumas po cheminio poliravimo sumažėjo nuo Ra6 μm ​​iki Ra0,2 μm. Taip buvo pašalintos mikrosferos{6}}kaip priedai, susidarę spausdinant, o tai sumažino trombozės riziką.
Lazerinis poliravimas: naudojant galingus lazerio spindulius, kad išlydytų paviršiaus medžiagas nedideliame plote, o tada leisdami skysto metalo paviršiaus įtempimui jį išlyginti. Tyrimai rodo, kad po penkių 316 l nerūdijančio plieno komponentų, pagamintų naudojant SLM metodą, lazerinių nuskaitymų paviršiaus šiurkštumas sumažėjo nuo Sa21 μm iki Sa1 μm, todėl sumažėjo 96%, nesudarant požeminio pažeidimo sluoksnio, priskirtino mechaniniam poliravimui.
2. Mikrostruktūra: tobulinimas nuo trūkumų iki tankinimo
Poliravimas ne tik pagerina paviršiaus išvaizdą, bet ir daro medžiagą tvirtesnę, nes pašalinami nedideli trūkumai:
Plyšių uždarymas: mikroįtrūkimai, kurie susidaro, kai metalinis 3D spausdinimas per greitai atvėsta, gali būti iš dalies uždaryti mechaniniu poliravimo slėgiu. Pavyzdžiui, po vibracinio poliravimo tam tikro aviacinio variklio turbinos mentės paviršiaus lūžių tankis sumažėjo 40%, o ilgaamžiškumas nuo nuovargio pailgėjo 25%.
Liekamojo įtempio pašalinimas: Cheminis poliravimas sumažina liekamąjį tempimo įtempį, suardydamas paviršiaus sluoksnį, o tai apsaugo nuo įtempių korozijos įtrūkimų. TC4 titano lydinio dalių ėsdinimas parodė, kad liekamasis paviršiaus įtempimas sumažėjo nuo -150 MPa iki -50 MPa, o korozijos greitis nuo druskos purškimo sumažėjo 60%.
Lazerinis poliravimas gali sukelti paviršiaus perlydymą, todėl grūdelių dydis gali tapti vienodesnis. Aukštos temperatūros lydinio Inconel 718 tyrimai rodo, kad poliravimas lazeriu pagerina paviršiaus grūdelių dydį nuo 50 μm iki 10 μm, padidina kietumą 15 % ir sumažina oksidacijos svorio padidėjimo greitį 650 laipsnių kampu 30 %.
3. Funkcinis našumas: nuo paprasto iki aukščiausios klasės{1}}
Padidėjusi paviršiaus kokybė po{0}}poliravimo tiesiogiai koreliuoja su funkcinio našumo optimizavimu:
Pagerintas atsparumas dilimui: dėl lygesnių paviršių gali būti mažesnė tikimybė, kad maži išgaubti objektai liesis vienas kitą ant kontaktinio paviršiaus. GCr15 guolių plieno komponentų trinties bandymas parodė, kad poliruojant paviršių nuo Ra1,6 μm iki Ra0,2 μm trinties koeficientas sumažėjo nuo 0,15 iki 0,08, o susidėvėjimo kiekis sumažėjo 70%.
Geresnis atsparumas korozijai: Dėl lygaus paviršiaus ėsdinančios medžiagos sunkiau prilimpa, o cheminio poliravimo metu susidaranti pasyvinimo plėvelė suteikia dar daugiau apsaugos. Po elektrocheminio poliravimo 304 nerūdijančio plieno dalių korozijos srovės tankis 3,5 % NaCl tirpale sumažėjo nuo 1,2 × 10 ⁻⁵ A/cm² iki 2,5 × 10⁻⁶ A/cm², o atsparumas taškinei korozijai padidėjo 5 kartus.
Pagerintas optinis našumas: AlSi10Mg aliuminio lydinio veidrodžių poliravimo tyrimai rodo, kad sumažinus paviršiaus šiurkštumą nuo Ra3,2 μm iki Ra0,05 μm, matomos šviesos atspindys padidėja nuo 85% iki 92%, ko reikia lazerinėms ryšio sistemoms.
4. Taikymas pramonėje: perkėlimas iš laboratorijos į gamyklą
Poliravimo technika buvo plačiai naudojama srityse, kuriose reikalingi griežti paviršiaus kokybės standartai:
Orlaiviai: Lazerinis poliravimas naudojamas tam tikro tipo raketų variklio antgaliams, kad paviršius būtų mažiau šiurkštus, nuo Ra12 μm iki Ra0,8 μm. Šiluminio ciklo trukmė imituojamoje erdvės aplinkoje (temperatūros diapazonas: nuo -180 laipsnių iki 300 laipsnių) buvo padidintas nuo 50 iki 200 kartų.
Medicininiai implantai: po cheminio poliravimo titano lydinio klubo sąnario protezo paviršiaus šiurkštumas sumažėjo nuo Ra8 μm iki Ra0,5 μm. Dėl to ląstelės 40 % geriau prilipo prie implantų, o kaulai su jais integravosi 30 % greičiau.
Tiksli forma: po poliravimo naudojant adaptyvųjį šlifavimą (SAG), automobilių įpurškimo formos šerdies paviršiaus šiurkštumas sumažėja iki Ra0,02 μm, formos tarnavimo laikas pailgėja nuo 100 000 kartų iki 500 000 kartų, o gaminio paviršiaus blizgumas padidėja 2 lygiais.