La ce nivel poate ridica lustruirea suprafața tipăririi 3D din metal?

1. Rugozitatea suprafeței: un salt de la micrometri la nanometri
Rugozitatea suprafeței este o măsură cheie a calității suprafeței unei piese. Are un efect direct asupra cât de bine rezistă la coroziune, cât de bine funcționează cu frecare și cât de bine funcționează cu lumină. Setările procesului, tipul de material și direcția de imprimare au toate un efect mare asupra cât de aspre sunt la început piesele metalice imprimate 3D. De exemplu, rugozitatea suprafeței pieselor din aliaj de titan realizate cu metoda laser de topire a stratului de pulbere (LPBF) poate fi la fel de mare ca Ra15–20 μm atunci când este măsurată pe direcția de imprimare. Când este măsurată de-a lungul direcției de imprimare, totuși, rugozitatea poate fi la fel de scăzută ca Ra8–12 μm, deoarece straturile sunt suprapuse mai strâns. Lustruirea poate face suprafața mult mai netedă:
Lustruire mecanică: Folosind mașini automate de lustruit și abrazive diamantate, rugozitatea suprafeței pieselor din aliaj de aluminiu realizate prin metoda BJ (pulverizare cu adeziv) poate fi scăzută de la Ra2,4 μ m la Ra0,8 μ m sau mai puțin, ceea ce este suficient de bun pentru majoritatea lucrărilor de asamblare mecanică. Pentru nevoile de-înaltă precizie, cum ar fi suporturile pentru oglinzi optice, lustruirea în mai multe-etape (lustruire grosieră → lustruire fină → lustruire ultrafină) poate reduce rugozitatea suprafeței la Ra0,05 μm, care este aproape de nivelul de șlefuire oglindă tipică.
Lustruire chimică: Această metodă utilizează soluții acide sau alcaline pentru a dizolva selectiv denivelările de suprafață. Funcționează bine pe structuri complicate ale cavităților interne. De exemplu, rugozitatea suprafeței stenturilor cardiovasculare din oțel inoxidabil 316L a trecut de la Ra6 μm ​​la Ra0,2 μm după lustruire chimică. Acest lucru a scăpat de atașamentele-ca microsfere care s-au format în timpul imprimării, ceea ce a redus riscul de tromboză.
Lustruire cu laser: Folosind raze laser puternice pentru a topi materialele de suprafață într-o zonă mică și apoi lăsați tensiunea superficială a metalului lichid să facă treaba de netezire a acestuia. Studiile indică faptul că în urma a cinci scanări laser ale componentelor din oțel inoxidabil 316L produse prin metoda SLM, rugozitatea suprafeței a scăzut de la Sa21 μm la Sa1 μm, realizând o rată de reducere de 96%, fără formarea unui strat de deteriorare sub suprafață atribuită lustruirii mecanice.
2. Microstructură: Îmbunătățirea de la defecte la densificare
Lustruirea nu numai că face suprafața să arate mai bine, dar face și materialul mai puternic, eliminând micile defecte:
Închiderea fisurilor: microfisurile care se formează atunci când imprimarea 3D din metal se răcește prea repede pot fi parțial închise prin presiunea mecanică de lustruire. De exemplu, după lustruirea prin vibrații, densitatea de rupere a suprafeței unei anumite pale de turbină a unui motor de aviație a scăzut cu 40%, iar durata de viață la oboseală a ciclului înalt a crescut cu 25%.
Eliberarea tensiunii reziduale: Lustruirea chimică ameliorează tensiunile reziduale de tracțiune prin distrugerea stratului de suprafață, ceea ce previne fisurarea coroziunii prin tensiune. Tratamentul de decapare al pieselor din aliaj de titan TC4 a arătat că tensiunea reziduală de pe suprafață a scăzut de la -150MPa la -50MPa, iar rata de coroziune de la pulverizarea cu sare a scăzut cu 60%.
Lustruirea cu laser poate cauza topirea suprafeței, ceea ce poate uniformiza dimensiunea granulelor. Studiile privind aliajul de temperatură înaltă Inconel 718 indică faptul că lustruirea cu laser rafinează dimensiunea granulelor suprafeței de la 50 μm la 10 μm, mărește duritatea cu 15% și scade rata de creștere a greutății de oxidare la 650 de grade cu 30%.
3. Performanță funcțională: trecerea de la bază la high-end
Îmbunătățirea calității suprafeței post-lustruire se corelează direct cu optimizarea performanței funcționale:
Rezistență îmbunătățită la uzură: suprafețele mai netede pot face mai puțin probabil ca entitățile minuscule convexe să se atingă între ele pe suprafața de contact. Testul de frecare pe componentele din oțel pentru rulmenți GCr15 a indicat că lustruirea suprafeței de la Ra1,6 μm la Ra0,2 μm a făcut ca coeficientul de frecare să scadă de la 0,15 la 0,08 și cantitatea de uzură să scadă cu 70%.
Rezistență mai bună la coroziune: o suprafață netedă îngreunează lipirea substanțelor corozive, iar pelicula de pasivare care se formează în timpul lustruirii chimice adaugă și mai multă protecție. După lustruire electrochimică, densitatea curentului de coroziune a 304 piese din oțel inoxidabil într-o soluție de NaCl 3,5% a scăzut de la 1,2 × 10 ⁻⁵ A/cm² la 2,5 × 10 ⁻⁶ A/cm², iar rezistența la coroziune prin pitting a crescut de 5 ori.
Performanță optică îmbunătățită: Cercetările privind lustruirea oglinzilor din aliaj de aluminiu AlSi10Mg demonstrează că atunci când rugozitatea suprafeței este scăzută de la Ra3,2 μm la Ra0,05 μm, reflectanța luminii vizibile crește de la 85% la 92%, ceea ce este necesar pentru sistemele de comunicații laser.
4. Aplicație în industrie: Trecerea de la laborator la fabrică
Tehnica de lustruire a fost utilizată pe scară largă în domenii care necesită standarde stricte de calitate a suprafeței:
Aerospațial: Lustruirea cu laser este utilizată pe un anumit tip de duză pentru motorul rachetei pentru a face suprafața mai puțin aspră, de la Ra12 μm la Ra0.8 μm. Durata de viață a ciclului termic într-un mediu spațial simulat (interval de temperatură: de la -180 la 300 de grade) a fost mărită de la 50 la 200 de ori.
Implanturi medicale: După lustruirea chimică, rugozitatea suprafeței protezei articulației șoldului din aliaj de titan a trecut de la Ra8 μm la Ra0,5 μm. Acest lucru a făcut ca celulele să se lipească de implanturi cu 40% mai bine și a făcut ca oasele să se integreze cu ele cu 30% mai repede.
Matriță de precizie: După lustruirea cu șlefuire adaptivă a formei (SAG), rugozitatea suprafeței miezului matriței de injecție auto scade la Ra0,02 μm, durata de viață a matriței crește de la 100.000 de ori la 500.000 de ori, iar strălucirea suprafeței produsului crește cu 2 niveluri.