Care sunt metodele comune de tratare a suprafețelor pentru imprimarea 3D a metalelor?

1, Prelucrare mecanică de precizie: de la măiestria tradițională la upgrade inteligent
Prelucrarea mecanică de precizie nivelează suprafețele prin îndepărtarea fizică a materialelor. Aceasta este modalitatea principală de a finaliza imprimarea 3D pe metal. Principalele lucruri pe care le face sunt:
lustruire manuală
Utilizarea echipamentelor precum șmirghel și pasta de lustruit pentru a lustrui pas cu pas poate reduce foarte mult rugozitatea suprafeței (valoarea Ra poate merge de la 10-20 μm la mai puțin de 0,8 μm). Această procedură, pe de altă parte, depinde foarte mult de experiența de operare, nu este foarte repetabilă sau eficientă și este bună numai pentru a face loturi mici de produse cu-valoare-înaltă, cum ar fi bijuterii și artă.
Slefuire cu control numeric CNC
Folosirea împreună cu mașini-unelte CNC și unelte de tăiat cu diamant poate face posibilă producerea de suprafețe complicate cu o precizie foarte mare (± 0,01 mm). Dar este greu să lucrezi cu caracteristici complicate, cum ar fi canalele de curgere interne și structurile de zăbrele, deoarece instrumentele sunt greu de accesat. Tehnica de prelucrare cu descărcare electrică (EDM) este necesară pentru a face găuri de răcire în paletele turbinei motoarelor de aeronave, de exemplu.
Sistem de lustruire automata
Zhejiang Tuobo și alte companii au lansat un sistem automat de lustruire robot care poate îndepărta structurile de susținere și poate lustrui suprafețele în același timp, utilizând poziționarea vizuală 3D și controlul feedback-ului forțat. Acest sistem poate funcționa cu roboți de la diferite companii, cum ar fi ABB și KUKA. Este de 3-5 ori mai rapid decât efectuarea manuală a aceleiași lucrări și menține inexactitatea suprafeței sub ± 0,05 mm. A fost folosit foarte mult în domenii precum echipamente medicale și piese auto.
2. Tratament chimic și electrochimic: controlul microstructurii și adăugarea de noi funcții
Tratamentul chimic modifică suprafața unui material prin dizolvarea sau depunerea acestuia. Principalele sale operațiuni sunt:
lustruire cu produse chimice
Utilizarea soluțiilor acide sau alcaline pentru a dizolva selectiv suprafața poate scăpa de defecte precum sferoidizarea și zgura care apar în timpul imprimării. De exemplu, lustruirea chimică poate face suprafața implanturilor din aliaj de titan mai puțin aspră, mergând de la 6–12 μm la 0,2–1 μm și poate crea, de asemenea, un strat de pasivare pentru a le face mai rezistente la coroziune. Acest proces are un efect semnificativ asupra tratării structurilor goale, dar este necesar un control strict al concentrației soluției și al temperaturii pentru a evita coroziunea excesivă.
Lustruire electrochimică (ECP)
Utilizați curent continuu în electrolit pentru a dizolva selectiv microproeminențele de pe suprafața metalică. Acest lucru va face ca suprafața să fie netedă ca o oglindă (valoarea Ra poate fi de 0,01 μm sau mai mică). O mulțime de echipamente medicale folosesc această metodă. De exemplu, după tratamentul ECP, rugozitatea suprafeței protezelor articulare din aliaj de cobalt-crom este redusă cu 90%, rezistența la uzură este crescută de trei ori, iar modelele de strat de imprimare pot fi eliminate, îndeplinind cerințele de biocompatibilitate.
anodizare
Procesele electrolitice pot crea acoperiri dense de oxid (5-20 μm grosime) pe aliaje ușoare precum aliajele de aluminiu. Aceste folii pot crește foarte mult duritatea (până la 500HV) și rezistența la coroziune. De exemplu, după tratamentul de anodizare dură, componentele structurale ale aviației pot rezista la coroziune mai mult de 5000 de ore într-un mediu de pulverizare cu sare de 3,5% NaCl. Natura microporoasă a stratului de film poate absorbi lubrifianții și poate reduce coeficientul de frecare.
3. Tehnologia de acoperire și placare: Combinând protecția funcțională și decorarea
Tehnologia de acoperire creează un strat protector pe suprafață prin depunerea a ceva fizic sau chimic. Principalii pași în acest proces sunt:
PVD înseamnă Physical Vapor Deposition.
Folosind bombardamentul cu ioni de-energie ridicată pentru a pune acoperiri dure precum TiN și CrN pe suprafața substratului. Acest proces poate îmbunătăți semnificativ rezistența la uzură a oțelului de matriță (prelungindu-și durata de viață de 3-5 ori), iar grosimea acoperirii este de numai 1-5 μm, fără a afecta acuratețea dimensională a pieselor. De exemplu, o companie a folosit PVD pentru a procesa matrițe imprimate 3D și a crescut frecvența de ștanțare de la 100.000 la 500.000 de ori.
Galvanizarea și placarea chimică
Galvanizarea folosește reacții electrolitice pentru a depune straturi de metal (cum ar fi Ni și Cu) pe o suprafață, ceea ce o face mai puțin probabil să se corodeze și să fie mai conductivă. Placarea chimică, pe de altă parte, utilizează reacții auto-catalitice pentru a uniformiza suprafața (cum ar fi placarea chimică cu aliaje de nichel fosfor). De exemplu, o companie folosește placarea cu nichel fără electroși pentru a imprima 3D radiatoare din aliaj de cupru. Acest lucru le face rezistente la pulverizarea cu sare timp de 1.000 de ore în loc de 48 de ore, având în același timp o conductivitate termică de 200 W/(m · K) sau mai mult.
Pulverizarea și acoperirea cu pulbere
Acoperirea prin pulverizare folosește un flux de aer cu presiune înaltă-pentru a lipi stratul de pulbere sau lichid de suprafață, creând un strat protector cu o grosime de 20-100 μm. Pulverizarea cu pulbere, pe de altă parte, folosește adsorbția electrostatică pentru a distribui uniform pulberea, care formează un strat gros când se răcește. Această metodă funcționează pentru unelte de exterior, mașini industriale și alte situații. De exemplu, o companie folosește acoperirea cu pulbere pentru a trata elementele structurale din oțel imprimate 3D-, ceea ce le face să fie rezistente la pulverizarea cu sare neutră pentru mai mult de 2000 de ore.
4. Noi tehnologii: laser și procese compozite conduc la inovație: lustruirea cu laser
Utilizarea-razelor laser de mare energie pentru a topi materialele de suprafață într-o zonă mică și apoi curgerea bazinului topit pentru a nivela suprafața. Această metodă poate funcționa pe suprafețe curbate care sunt greu de atins și au o zonă mică afectată de căldură (mai mică sau egală cu 0,1 mm). De exemplu, o anumită întreprindere folosește lustruirea cu laser pentru a imprima 3D aliaje pe bază de nichel la temperatură înaltă-, reducând rugozitatea suprafeței de la Ra 8 μm la Ra 2 μm, menținând în același timp proprietățile mecanice ale materialului neschimbate.
Prelucrare cu flux abraziv (AFM)
Pentru a lustrui caracteristici complexe, cum ar fi găurile transversale și canalele de curgere interne, materialul abraziv vâscoelastic trece prin camera interioară a componentei. Această procedură poate funcționa în locuri greu accesibile. De exemplu, o companie folosește AFM pentru a procesa duze de combustibil pentru aviație imprimate 3D-, ceea ce face suprafața interioară mai puțin aspră (de la Ra 16 μm la Ra 1,6 μm) și îmbunătățește uniformitatea fluxului cu 20%.
Integrarea proceselor compozite
Folosind mai mult de o metodă de procesare pentru a lucra împreună pentru a crește performanța. De exemplu, o anumită întreprindere adoptă un proces combinat de „lustruire chimică+anodizare+acoperire PVD” pentru imprimarea 3D a implanturilor din aliaj de titan, care reduce rugozitatea suprafeței la Ra 0,05 μm, îmbunătățește rezistența la coroziune de 5 ori, iar rezistența de aderență între acoperire și substrat ajunge la 40MPa, îndeplinind cerințele de serviciu lungi ale implanturilor.