Kodėl metalinių 3D spausdintų dalių paviršius yra gana grubus?

一, Miltelių charakteristikos: smulkių trūkumų priežastis
1. Dvigubas miltelių dalelių dydžių pasiskirstymo efektas
Ispanijos Baskų krašto universiteto atliktas tyrimas parodė linijinę koreliaciją tarp paviršiaus šiurkštumo ir mažiausio dalelių dydžio (D10) pagal miltelių dalelių dydžio pasiskirstymą: D10 vertės sumažėjimas atitinka šiurkštumo sumažėjimą. Pavyzdžiui, kai D10 miltelių partijoje sumažėja nuo 25 μm iki 11 μm, dalių paviršiaus šiurkštumas gali sumažėti nuo 60 μm iki mažiau nei 40 μm. Bet tai tinka tik smulkiems milteliams. Kai miltelių dalelių dydis yra didesnis nei D50, nesvarbu, koks jis šiurkštus.
2. Prie daiktų prilipusios pudros „sniego gniūžtės efektas“.
3D spausdinimo proceso metu smulkūs milteliai, kurie buvo iš dalies ištirpę, prilips prie daikto paviršiaus ir sudarys iškilimus, kurie atrodys kaip „sniego gniūžtės“. Metalografiniai tyrimai atskleidžia, kad šių klijų miltelių mikrostruktūra sutampa su komponentų korpusu, o tai rodo, kad jie yra tiesiogiai gaunami iš originalios miltelių partijos. Pavyzdžiui, naudojant miltelius, kurių D50=45 μm, paviršiaus klijų miltelių skersmuo gali siekti 33–47 μm, o tai labai padidina šiurkštumą.
3. Svarbiausia apie miltelių sferiškumą
Jei pudra nėra labai rutuliška, ji gali pasiskirstyti netolygiai ir suformuoti birų sluoksnį, kurio poringumas siekia iki 10%. Šios poros sugaus dar neištirpusius miltelius ir padarys paviršiaus defektų per visą lazerio lydymosi procesą. Tyrimai parodė, kad naudojant miltelius, kurių sferiškumas viršija 95%, paviršiaus šiurkštumas gali sumažėti daugiau nei 30%.
2, spausdinimo parametrai: geras proceso valdymo balansas
1. Konfliktas tarp energijos tankio ir purslų
High energy density (>100 J/mm³) gali pagerinti išlydyto baseino tekėjimą, bet taip pat gali sukelti metalo garų atšokimą, dėl kurio išlydytas metalas gali taškytis. Šie lašeliai atvėsta ir virsta sferinėmis dalelėmis, kurios prilimpa prie dalių paviršių, todėl jos tampa 50–80 % šiurkštesnės. Pavyzdžiui, spausdinant naudojant Inconel 718, paviršiaus purslų skaičius padidėja tris kartus, kai energijos tankis sumažėja nuo 80 J/mm³ iki 120 J/mm³.
2. Sluoksnių storio ir kietėjimo tekstūros vienas ant kito įtaka
Vienas iš pagrindinių dalykų, turinčių įtakos šiurkštumui, yra sluoksnių storis. Paviršiaus šiurkštumo aukštis dėl žingsnio efekto gali siekti nuo 10 μm iki 25 μm, kai sluoksnio storis svyruoja nuo 20 μm iki 50 μm. Be to, kampas, kuriuo lazeris atsitrenkia į paviršių, turi didelę įtaką kietėjimo tekstūrai. Pavyzdžiui, toliausiai nuo spausdinimo centro esančioje srityje, kai kampo nuokrypis yra didesnis nei 15 laipsnių, paviršiaus šiurkštumas padidės 40 %, nes lydalo telkinys kietėja netolygiai.
3. Erdvė skenavimo metodui tobulinti
Taikant standartinį{0}}vienpusio nuskaitymo metodą, detalės paviršiuje reguliariais intervalais paliks juosteles. Tačiau naudojant šaškių lentą arba spiralinį nuskaitymą, šis raštas gali suskaidyti ir šiurkštumo pasiskirstymas tampa tolygesnis. Pavyzdžiui, spausdinant su titano lydiniu, spiralinis nuskaitymo metodas sumažina standartinį paviršiaus šiurkštumo nuokrypį nuo 8 μm iki 3 μm.
3, Post{1}}apdorojimo technologija: naujas paviršių apdailos būdas
1. Mechaninio apdorojimo ribos
Tradicinis mechaninis apdorojimas, pvz., CNC frezavimas, netinkamai veikia su sudėtingomis vidaus ertmių struktūromis ir gali neveikti naudojant lengvą 3D spausdinimo dizainą. Pavyzdžiui, frezuojant klubo implantus su grotelių sistemomis, reikia išlaikyti bent 0,5 mm apdirbimo ribą, o tai padidina svorį nuo 15% iki 20%.
2. Mikroskopinė cheminio poliravimo kontrolė
Selektyviai tirpinant paviršiaus mikro smailes, cheminis poliravimas gali pasiekti nanoskalės tikslumo kontrolę. Spausdinant kobalto chromo lydiniu, cheminis poliravimas kombinuotu azoto rūgšties ir druskos rūgšties tirpalu gali sumažinti paviršiaus šiurkštumą nuo 12 μm iki 0,8 μm, nepažeidžiant gardelės struktūros. Tačiau taikant šį metodą reikia atidžiai stebėti temperatūrą (± 2 laipsniai) ir tirpalo koncentraciją (± 0,5%). Jei ne, jis gali per daug korozuoti.
3. Nauji lazerinio poliravimo panaudojimo būdai
Dviejų lazerių sinchroninio poliravimo technologija sujungia pagrindinį lazerį, kad sukurtų dalis, ir antrinį lazerį (nanosekundinį impulsą), kad realiuoju laiku pašalintų paviršiaus likučius. Tai gali padaryti paviršių 70% lygesnį. Pavyzdžiui, šis metodas sumažina nerūdijančio plieno spaudos šiurkštumą nuo 7 μm iki 2 μm be jokio papildomo darbo. Tačiau įranga kainuoja 3–5 kartus daugiau nei įprasti 3D spausdintuvai, todėl ją sunku naudoti dideliu mastu.
4. Pralaužimas per vidinę ertmę abrazyvinio srauto apdirbimo metu
Abrazyvinis srautinis apdirbimas (AFM) turi ypatingų pranašumų sudėtingoms vidinių ertmių struktūroms. Kai į vidinę ertmę aukštu slėgiu įleidžiate pusiau -kietą terpę su abrazyvinėmis silicio karbido dalelėmis, galite atsikratyti įbrėžimų ir padaryti paviršių lygesnį. Spausdinant aviacinių variklių degalų purkštukus, AFM sumažina vidinės ertmės paviršiaus šiurkštumą nuo 50 μm iki 5 μm. Tai taip pat palaiko sklandų degalų srauto kanalą.
4, Pramonės praktika: Perėjimas iš laboratorijos į gamyklą
1. Nauji atradimai kosmoso srityje
GE Aviation gamina degalų purkštukus LEAP varikliams naudodama SLM technologiją ir HIP (karšto izostatinio presavimo) apdorojimą. Tai sumažina poringumą nuo 0,8% iki 0,02% ir tris kartus padidina naudojimo trukmę nuovargiui. Tiksliai-sureguliavus skenavimo metodą ir sluoksnio storį (30 μm), paviršiaus šiurkštumas išlaikomas Ra12 μm ribose, o tai atitinka aviacijos pramonės nustatytus standartus.
2. Individualus medicinos prietaisų poreikis
„Johnson&Johnson Medical“ sukūrė sudėtinį 3D-atspausdintų klubo sąnarių implantų procesą, kuriame derinamas vakuuminis atkaitinimas ir cheminis poliravimas. Vakuuminis atkaitinimas pašalina liekamąjį įtempį, o tada naudojamas citrinos rūgšties -pagrindas poliravimo tirpalas, skirtas paviršiui išlyginti nuo Ra50 μm iki Ra0,8 μm, išlaikant biologinį suderinamumą. Šis metodas suteikia implantui daugiau nei 20 metų nuovargio tarnavimo laiką, o tai yra daugiau nei reikia klinikinėje aplinkoje.
3. Energijos įrenginiai, galintys veikti labai atšiaurioje aplinkoje
Siemens gamina dujų turbinų mentes, naudodama kryptinės perkristalizacijos technologiją ir apdorojimą kietu tirpalu. Tai 80 % sumažina nikelio -pagrindo aukštos temperatūros lydinių{2}} valkšnumo greitį. Reguliuojant temperatūros gradientą (tempimo greičiu 2,5 mm/h esant 1235 laipsniui), buvo sukurta stulpinė kristalų struktūra, atitinkanti įtempių ašį. Tai padidino nuovargio tarnavimo laiką 650 laipsnių kampu.