Metal 3D baskı için yaygın yüzey işleme yöntemleri nelerdir?

1, Mekanik hassas işleme: geleneksel işçilikten akıllı yükseltmeye
Mekanik hassas işleme, malzemeleri fiziksel olarak alarak yüzeyleri düzleştirir. Bu, metal 3D baskıyı bitirmenin ana yoludur. Yaptığı başlıca şeyler şunlardır:
manuel parlatma
Adım adım cilalamak için zımpara kağıdı ve cila macunu gibi ekipmanların kullanılması, yüzeyin pürüzlülüğünü büyük ölçüde azaltabilir (Ra değeri 10–20 μm'den 0,8 μm'nin altına inebilir). Öte yandan, bu prosedür büyük ölçüde işletme deneyimine bağlıdır, çok fazla tekrarlanabilir veya verimli değildir ve yalnızca mücevher ve sanat eserleri gibi yüksek-katma değerli-ürünlerden oluşan küçük partiler yapmak için iyidir.
CNC sayısal kontrollü taşlama
CNC takım tezgahları ve elmas kesme takımlarının birlikte kullanılması, karmaşık yüzeylerin çok yüksek doğrulukla (± 0,01 mm) üretilmesini mümkün kılabilir. Ancak aletlere ulaşmak zor olduğundan iç akış kanalları ve kafes yapıları gibi karmaşık özelliklerle çalışmak zordur. Örneğin uçak motorlarının türbin kanatlarında soğutma delikleri açmak için elektriksel deşarj işleme (EDM) tekniğine ihtiyaç vardır.
Otomatik parlatma sistemi
Zhejiang Tuobo ve diğer şirketler, 3 boyutlu görsel konumlandırma ve kuvvet geri besleme kontrolünü kullanarak aynı anda destekleyici yapıları kaldırabilen ve yüzeyleri parlatabilen bir robot otomatik parlatma sistemini piyasaya sürdü. Bu sistem ABB ve KUKA gibi farklı şirketlerin robotlarıyla çalışabilir. Aynı işi elle yapmaktan 3-5 kat daha hızlıdır ve yüzey hatasını ± 0,05 mm'nin altında tutar. Tıbbi ekipman ve araba parçaları gibi alanlarda çok fazla kullanılmaktadır.
2. Kimyasal ve elektrokimyasal arıtma: mikro yapıyı kontrol etmek ve yeni işlevler eklemek
Kimyasal işlem, bir malzemenin yüzeyini, onu çözerek veya biriktirerek değiştirir. Ana operasyonları şunlardır:
kimyasallarla parlatma
Yüzeyi seçici olarak çözmek için asidik veya alkali çözeltilerin kullanılması, baskı sırasında meydana gelen küreselleşme ve cüruf gibi kusurlardan kurtulabilir. Örneğin, kimyasal cilalama, titanyum alaşımlı implantların yüzeyini 6–12 μm'den 0,2–1 μm'ye çıkararak daha az pürüzlü hale getirebilir ve aynı zamanda onları korozyona karşı daha dirençli hale getirmek için bir pasifleştirme katmanı da oluşturabilir. Bu işlemin içi boş yapıların işlenmesi üzerinde önemli bir etkisi vardır, ancak aşırı korozyonu önlemek için çözelti konsantrasyonunun ve sıcaklığının sıkı kontrolü gerekir.
Elektrokimyasal parlatma (ECP)
Metal yüzeyindeki mikro çıkıntıları seçici olarak çözmek için elektrolitteki doğru akımı kullanın. Bu, yüzeyi ayna gibi pürüzsüz hale getirecektir (Ra değeri 0,01 μm veya daha az olabilir). Pek çok tıbbi cihaz bu yöntemi kullanıyor. Örneğin, ECP işleminden sonra kobalt krom alaşımlı eklem protezlerinin yüzey pürüzlülüğü %90 oranında azalır, aşınma direnci üç kat artar ve biyouyumluluk gerekliliklerini karşılayarak baskı katmanı desenleri ortadan kaldırılabilir.
anotlama
Elektrolitik işlemler, alüminyum alaşımları gibi hafif alaşımlar üzerinde yoğun oksit kaplamalar (5-20 μm kalınlığında) oluşturabilir. Bu filmler sertliği (500HV'ye kadar) ve korozyona karşı direnci büyük ölçüde artırabilir. Örneğin, sert anotlama işleminden sonra havacılık yapısal bileşenleri %3,5 NaCl tuz püskürtme ortamında 5000 saatten fazla korozyona dayanabilir. Film tabakasının mikro gözenekli yapısı aynı zamanda yağlayıcıları emebilir ve sürtünme katsayısını düşürebilir.
3. Kaplama ve Kaplama Teknolojisi: Fonksiyonel Koruma ve Dekorasyonun Birleştirilmesi
Kaplama teknolojisi, fiziksel veya kimyasal olarak bir şey biriktirerek yüzeyde koruyucu bir kaplama oluşturur. Bu süreçteki ana adımlar şunlardır:
PVD, Fiziksel Buhar Birikimi anlamına gelir.
Alt tabakanın yüzeyine TiN ve CrN gibi sert kaplamalar koymak için yüksek-enerjili iyon bombardımanını kullanmak. Bu işlem, kalıp çeliğinin aşınma direncini önemli ölçüde artırabilir (ömrünü 3-5 kat uzatır) ve kaplama kalınlığı, parçaların boyutsal doğruluğunu etkilemeden yalnızca 1-5 μm olur. Örneğin, bir şirket 3D baskılı kalıpları işlemek için PVD'yi kullandı ve damgalama sıklığını 100.000'den 500.000 katına çıkardı.
Elektrokaplama ve Kimyasal Kaplama
Elektrokaplama, metal katmanları (Ni ve Cu gibi) bir yüzey üzerinde biriktirmek için elektrolitik reaksiyonlar kullanır, bu da korozyon olasılığını azaltır ve daha iletken hale getirir. Öte yandan kimyasal kaplama, yüzeyi eşit hale getirmek için kendi-katalitik reaksiyonları kullanır (kimyasal nikel fosfor alaşımlı kaplama gibi). Örneğin bir şirket, bakır alaşımlı soğutucuların 3D baskısında akımsız nikel kaplama kullanıyor. Bu, onları 48 saat yerine 1.000 saat boyunca tuz serpintisine karşı dirençli hale getirirken, aynı zamanda 200 W/(m · K) veya daha fazla termal iletkenliğe sahip olmalarını sağlar.
Toz püskürtme ve kaplama
Sprey kaplama, toz veya sıvı kaplamayı yüzeye yapıştırmak için yüksek-basınçlı hava akışını kullanır ve 20–100 μm kalınlığında koruyucu bir katman oluşturur. Toz püskürtme ise soğuduğunda kalın bir kaplama oluşturan tozu eşit şekilde dağıtmak için elektrostatik adsorpsiyon kullanır. Bu yöntem dış mekan aletleri, endüstriyel makineler ve diğer durumlarda işe yarar. Örneğin, bir şirket 3D-baskılı çelik yapı elemanlarını işlemek için toz kaplama kullanıyor ve bu da onları 2000 saatten fazla nötr tuz spreyine karşı dayanıklı kılıyor.
4. Yeni Teknolojiler: Lazer ve Kompozit Süreçler Yeniliğe Öncülük Ediyor: Lazer Parlatma
Küçük bir alanda yüzey malzemelerini eritmek için yüksek-enerjili lazer ışınlarını kullanmak ve ardından yüzeyi düzleştirmek için erimiş havuzu akıtmak. Bu yöntem, ulaşılması zor ve ısıdan etkilenen küçük bir bölgeye (0,1 mm'den az veya eşit) sahip kavisli yüzeylerde çalışabilir. Örneğin, belirli bir kuruluş, nikel bazlı yüksek-sıcaklık alaşımlarını 3 boyutlu yazdırmak için lazer parlatma kullanıyor ve malzemenin mekanik özelliklerini değiştirmeden yüzey pürüzlülüğünü Ra 8 μm'den Ra 2 μm'ye düşürüyor.
Aşındırıcı Akışla İşleme (AFM)
Çapraz delikler ve iç akış kanalları gibi karmaşık özellikleri parlatmak için viskoelastik aşındırıcı malzeme, bileşenin iç haznesinden akıtılır. Bu prosedür ulaşılması zor yerlerde işe yarayabilir. Örneğin, bir şirket 3D-baskılı havacılık yakıtı püskürtme memelerini işlemek için AFM'yi kullanıyor; bu, iç yüzeyi daha az pürüzlü hale getiriyor (Ra 16 μm'den Ra 1,6 μm'ye) ve akış homojenliğini %20 artırıyor.
Bileşik süreçlerin entegrasyonu
Performansı artırmak için birden fazla işleme yönteminin birlikte çalışması. Örneğin, belirli bir kuruluş, 3D baskı titanyum alaşımlı implantlar için yüzey pürüzlülüğünü Ra 0,05 μm'ye düşüren, korozyon direncini 5 kat artıran ve kaplama ile alt tabaka arasındaki bağlanma mukavemetini 40 MPa'ya ulaşarak ortopedik implantların uzun- vadeli servis gereksinimlerini karşılayan bir "kimyasal parlatma+anodizasyon+PVD kaplama" kombinasyon sürecini benimser.