Metode obișnuite de post-procesare și finisare pentru piesele metalice imprimate 3D

Piesele metalice imprimate 3D părăsesc rar camera de construcție în starea lor finală de utilizare. Pe măsură ce-suprafețele imprimate poartă în mod obișnuit linii vizibile de strat, particule de pulbere sinterizate sau parțial topite și susțin-marcături ale structurii care trebuie abordate înainte ca o piesă să fie gata pentru utilizare funcțională, asamblare sau prezentare estetică. Metodele obișnuite de finisare pentru piesele metalice imprimate 3D includ șlefuirea manuală, șlefuirea, șlefuirea, șlefuirea vibrațională/centrifugă, prelucrarea cu flux abraziv (extrudarea șlefuirii), galvanizarea și lustruirea electrică și prelucrarea de precizie, șlefuirea și EDM (prelucrare cu descărcare electrică). Specificul fiecărei metode este prezentat mai jos.

Slefuirea folosește unelte precum șmirghel și pile pentru a abraza mecanic suprafața unei piese direct manual și poate îmbunătăți semnificativ rugozitatea suprafeței. Piesele șlefuite pot vedea că finisajul suprafeței se îmbunătățește cu un factor de trei până la cinci, iar metoda este deosebit de eficientă în îndepărtarea liniilor de strat, a marginilor ascuțite și a altor defecte de suprafață localizate rămase din procesul de imprimare. Slefuirea manuală este flexibilă -, un operator poate concentra atenția exact acolo unde este nevoie, lucrând în jurul unei geometrii complexe pe care procesele automate ar putea avea dificultăți să o atingă -, dar este relativ intensă-de muncă și lentă. Din acest motiv, tinde să fie cel mai potrivit pentru loturi mici de producție sau pentru finisarea țintită, localizată pe caracteristicile specifice ale unei piese, mai degrabă decât tratarea totală a unui întreg ciclu de producție.

Sablare folosește aer comprimat pentru a propulsa un mediu abraziv - oxid de aluminiu, margele de oțel inoxidabil sau margele de sticlă, printre alte opțiuni - pe suprafața unei piese la viteză mare, producând un finisaj mat sau lucios uniform, în funcție de mediul selectat. Avantajele sale includ:

Îndepărtarea rapidă a zgârieturilor de suprafață și a urmelor de scule rămase în urma procesului de construcție;

Nicio modificare a preciziei dimensionale a unei piese, procesarea fiind finalizată de obicei în doar câteva minute;

Intensitatea de tratament reglabilă prin controlul presiunii aerului - o presiune mai mică poate fi utilizată pentru a modifica culoarea și aspectul suprafeței, în timp ce o presiune mai mare permite debavurarea marginilor ascuțite și a proeminențelor mici.

Sablarea este potrivită pentru prelucrarea în serie a pieselor cu geometrii complexe, deoarece modelul de pulverizare poate ajunge în adâncituri și în jurul contururilor care ar fi dificil de accesat cu unelte abrazive rigide, ceea ce o face una dintre cele mai versatile și mai utilizate metode de finisare pentru piesele metalice AM.

Tulburarea plasează piesele împreună cu un mediu abraziv -, cum ar fi suportul ceramic sau suportul din oțel -, în interiorul unui tambur sau al unui butoi rotativ, unde frecarea mecanică dintre părți și suport netezește suprafața în timp. Caracteristicile cheie ale acestei metode includ:

Se potrivește cel mai bine pieselor cu geometrii relativ simple, cum ar fi componentele cilindrice sau în formă de bloc-, unde acțiunea de răsturnare poate face contact constant pe suprafață;

Mai multe piese pot fi procesate simultan, oferind metodei un randament relativ mare pentru finisarea lotului;

Eficacitatea acestuia asupra suprafețelor interne sau structurilor complexe este limitată, deoarece este posibil ca mediile de răsturnare să nu poată ajunge în canalele interne, adânciturile adânci sau structurile complicate cu zăbrele - o constrângere reală dată fiind cât de des este utilizat metalul AM exact pentru a produce astfel de geometrii interne.

Măcinarea prin vibrație și centrifugă utilizează discuri centrifuge sau sisteme cilindrice, în care forța centrifugă antrenează mediile abrazive împotriva suprafeței piesei pentru a oferi o finisare cu energie-înaltă, cu volum- mare. Avantajele sale principale includ:

Îndepărtarea rapidă a materialului, făcându-l bine potrivit pentru operațiunile de lustruire, debavurare și{0}}rotunjire a marginilor;

Adecvarea pentru prelucrarea în serie a pieselor mici, deși echipamentele specializate implicate implică un cost inițial comparativ mai mare decât metodele mai simple, cum ar fi șlefuirea sau răsturnarea.

Deoarece procesul concentrează energia mai intens decât turnarea standard, poate obține în câteva minute ceea ce răsturnarea convențională ar putea dura ore pentru a realiza, ceea ce îl face atractiv pentru mediile de producție în care randamentul contează la fel de mult ca și calitatea suprafeței.

Prelucrarea cu curgere abrazivă, cunoscută și sub denumirea de șlefuire prin extrudare, folosește un piston hidraulic pentru a forța un mediu abraziv vâscos - încărcat cu particule abrazive fine - înainte și înapoi prin suprafețele interne ale piesei de prelucrat, cum ar fi găurile, canalele sau cavitățile, obținând o modelare precisă din interior spre exterior. Caracteristicile acestei metode includ:

Control precis asupra geometriei suprafeței interioare, capabilă să formeze raze consistente sau să îndepărteze bavurile din pasajele interne;

Aplicabilitatea în regiunile care sunt dificile sau imposibile pentru procesele tradiționale de lustruire să atingă - canalele interne și cavitățile complexe fiind un exemplu principal și o zonă în care imprimarea 3D metalică produce frecvent geometrie pe care finisajul convențional pur și simplu nu o poate accesa;

Îndepărtarea materialului controlabil, deși timpul de procesare tinde să fie mai lung decât în ​​cazul metodelor mecanice de suprafață, deoarece fluxul abraziv trebuie trecut prin piesă în mod repetat pentru a obține finisajul dorit.

Galvanizarea folosește un curent electric pentru a depune ionii metalici dintr-o soluție -, cum ar fi aur, argint sau crom -, pe suprafața unei piese, formând un strat funcțional sau decorativ subțire. Scopurile sale principale includ îmbunătățirea rezistenței la uzură, a rezistenței la coroziune, a conductivității electrice și a aspectului general, ceea ce o face o alegere comună atunci când o piesă metalică AM are nevoie de proprietăți funcționale dincolo de ceea ce poate oferi materialul imprimat de bază.

Prin contrast, electrolustruirea folosește un curent electric pentru a dizolva materialul de pe suprafața unei piese, reducând rugozitatea suprafeței prin netezirea vârfurilor și văilor microscopice. Este deosebit de potrivită pentru lustruirea pieselor cu forme neregulate, unde uneltele mecanice de lustruit ar avea dificultăți să mențină un contact uniform și poate îmbunătăți în mod semnificativ aspectul suprafeței și poate reduce defectele de suprafață-de frecare.

Ambele procese necesită un control atent al densității curentului și al compoziției electroliților pentru a obține rezultate consistente și repetabile. Distincția esențială dintre ele este că galvanizarea este un proces aditiv - materialul este depus pe suprafață - în timp ce electro-lustruirea este un proces subtractiv - materialul este îndepărtat de pe suprafață. Înțelegerea acestei distincții contează în practică, deoarece alegerea uneia greșite pentru o anumită cerință de toleranță poate fie adăuga grosime nedorită, fie îndepărta mai mult material decât poate tolera toleranța dimensională a unei piese.

Prelucrarea și șlefuirea folosesc freze CNC, strunguri și echipamente similare pentru a tăia direct materialul dintr-o piesă, obținând un control dimensional și formei de înaltă{0}}precizie. Finisajele de suprafață care pot fi realizate prin acest traseu pot ajunge sub Ra 0,8 μm, un nivel de netezime pe care majoritatea suprafețelor-tipărite sau finisate pe suport-nu se pot egala de la sine.

Prelucrarea cu descărcare electrică (EDM) utilizează descărcarea electrică de scânteie între un electrod și piesa de prelucrat pentru a eroda materialul, făcându-l bine potrivit pentru finisarea aliajelor întărite sau a cavităților interne complexe care ar fi dificil de atins cu o unealtă de tăiere. Principalul său dezavantaj este viteza de procesare, care tinde să fie considerabil mai mică decât prelucrarea convențională.

Atât prelucrarea/slefuirea, cât și EDM necesită echipamente specializate și operatori calificați și sunt, în general, rezervate pieselor cu cerințe stricte de toleranță - componentele aerospațiale fiind un exemplu reprezentativ, unde acuratețea dimensională și integritatea suprafeței afectează direct performanța piesei și marjele de siguranță.

Selectarea metodei corecte de finisare pentru o piesă metalică imprimată 3D depinde de geometria structurală a piesei, de cerințele sale de precizie și de scara producției implicate. Metodele mecanice, cum ar fi șlefuirea și sablare, sunt potrivite pentru tratarea rapidă a suprafețelor cu uz general-, unde timpul de realizare contează mai mult decât atingerea celor mai strânse toleranțe posibile. Metodele chimice și electrochimice, cum ar fi lustruirea și galvanizarea sunt alese de obicei pentru a îmbunătăți performanța funcțională - rezistența la coroziune, conductivitatea sau caracteristicile de uzură -, mai degrabă decât din motive pur cosmetice. Procesele de-înaltă precizie, cum ar fi prelucrarea și EDM, sunt rezervate pieselor care trebuie să îndeplinească cerințe stricte de toleranță, unde costul suplimentar și timpul de procesare sunt justificate de criticitatea aplicației.

În producția reală-lumea reală, este obișnuit să combinați mai multe dintre aceste metode într-un singur flux de lucru de finisare -, de exemplu, sablare a unei piese pentru a îndepărta depunerile de suprafață și pentru a uniformiza aspectul acesteia, urmată de prelucrare țintită pe suprafețele de îmbinare critice și finisare cu electrolustruire pentru a obține atât o suprafață netedă, cât și o rezistență îmbunătățită la coroziune a componentului finit. Acest tip de abordare stratificată permite producătorilor să echilibreze costul, producția și calitatea pieselor finale, mai degrabă decât să se bazeze pe o singură metodă de post-procesare pentru a îndeplini toate cerințele simultan.