Metal 3D baskıda kimyasal cilalamanın rolü nedir?

一, Kimyasal cilalamanın ardındaki ana fikir, yüzeyin seçici olarak çözülmesi ve yeniden inşa edilmesidir.
Kimyasal reaktifler (asidik veya alkalin çözeltiler gibi) ile metal yüzey arasındaki oksidasyon-indirgeme etkileşimi, kimyasal cilalama sırasında yüzey katmanının düzenli bir şekilde çözülmesini sağlar. Ana parçaları şunlardır:
Mikroskobik çıkıntılar daha kolay çözülür: Yüzey düzgün olmadığında (kaynak havuzu örtüşme işaretleri veya erimemiş toz parçacıkları mevcut olduğunda olduğu gibi), daha fazla açık alan ve daha hızlı bir kimyasal reaksiyon hızı olduğundan "çıkıntı tercihen çözülür" olgusu meydana gelir.
Yüzey gerilimi yoluyla seviyelenme: Metal iyonları çözündüğünde yüzey gerilimi nedeniyle içbükey yerlere doğru giderler. Bu, sertleştikten sonra pürüzsüz ve düzgün bir yüzey oluşturur. Örneğin, kimyasal cilalama, 3D baskılı titanyum alaşımının yüzey pürüzlülüğünü (Ra) 6–12 μm'den 0,2–1 μm'ye düşürebilir; bu, tıbbi implantlar için gereken biyouyumluluk kriterleri dahilindedir.
Arıza tabakasının ortadan kaldırılması: Kimyasal cilalama, yüzeye yapışmış (yaklaşık 70 μm kalınlığında) erimemiş toz parçacıklarını hassas bir şekilde temizleyebilir, bu da standart mekanik cilalamayla meydana gelebilecek yüzey altı hasarını önler. Singapurlu araştırmacılar, yüzeyi daha az pürüzlü hale getirmek için yüksek-voltaj darbeleri ve geleneksel elektrokimyasal cilalama kullanan 316L paslanmaz çeliği cilalamanın yeni bir yolunu yarattılar. Yeni yöntem, orijinal kafes yapısının enerji-soğurma özelliklerini koruyor.
2, Kimyasal cilalamanın temel amacı yüzeyi iyileştirmek ve daha kullanışlı hale getirmektir.
1. Yüzey kalitesinin iyileştirilmesi: geometrik sınırların aşılması ve karmaşık yapıların parlatılması
Parlatma söz konusu olduğunda, metal 3D baskının kafesler, iç kanallar ve gözenekli yapılar gibi karmaşık geometrik şekilleriyle çalışmak zor olabilir. Temas gerektirmeyen kimyasal cilalama artık bu tür yapılarla baş etmenin en iyi yoludur:
İç kanalların parlatılması: Kimyasal reaktifler, eriyik havuzunun üst üste binmesinin yarattığı çapaklardan kurtulmak için yalnızca birkaç mikrometre genişliğindeki iç kanallara girebilir. Örneğin, bir uçak motorunda, kimyasal cilalama sonrasında yakıt nozülünün iç akış kanalı, akış direncini %15 oranında azaltarak, motorun daha az yakıt kullanmasını sağlar.
Gözenekli yapının optimize edilmesi: Kimyasal cilalama, kalça kapakları ve vücutlararası füzyon cihazları gibi tıbbi implantların gözenek yüzeyindeki gevşek küresel katmanlardan kurtulabilir. Bu, kemik hücrelerinin implantlara yapışmasını kolaylaştırır. Çalışmalar, cilalanmış gözenekli titanyum alaşımının yüzey pürüzlülüğünün %90 oranında azaldığını, kemik entegrasyon oranının ise %40 oranında arttığını göstermektedir.
Kimyasal parlatma her türlü parça üzerinde işe yarayabilir, dolayısıyla serbest biçimli yüzeylerde de-işe yarayabilir. Örneğin, kimyasal cilalama, 3D baskılı türbin kanatlarının karmaşık aerodinamik yüzeyini 10 μm'den 1 μm'ye kadar pürüzsüz hale getirdi ve aerodinamik performanslarını %8 artırdı.
2. Mekanik performansın iyileştirilmesi: kusurlardan kurtulun ve yorulma ömrünü uzatın
Metal 3D baskılı nesnelerdeki yorulma çatlakları yüzey kusurlarıyla başlar. Kimyasal parlatma, mekanik özellikleri aşağıdaki şekillerde geliştirir:
Artık gerilimin azaltılması: Kimyasal cilalama, küçük bölgeleri çözerek baskının neden olduğu artık gerilimi kısmen azaltabilir. Örneğin, kimyasal parlatma, 3D baskılı nikel-bazlı yüksek-sıcaklık alaşımlarının düşük döngülü yorulma ömrünü 5000 döngüden 12000 döngüye uzatabilir.
Çatlakların nedeninin ortadan kaldırılması: Erimemiş toz parçacıklarının üst üste binen izleri ve erimiş havuz, çatlakların başladığı yaygın yerlerdir. Kimyasal cilalama bu sorunları çözebilir ve yorulma çatlağı büyüme eşiğini %30 artırabilir.
Yüzey yoğunlaştırma: Kimyasal cilalama sonrasında yüzey tabakasının çözünmesi ve daha sonra tekrar katılaşması işlemi nedeniyle yoğunlaşır. Örneğin, kimyasal cilalamayı takiben, 3D-baskılı kobalt krom alaşımının gözenekliliği %0,8'den %0,02'ye düşer ve korozyona karşı direnci beş kat artar.
3. Biyouyumluluk optimizasyonu: katı tıbbi standartları karşılar
Tıbbi implantların çok düzgün bir yüzeye sahip olması ve biyouyumlu olması gerekir. Kimyasal parlatma, tıp alanının ihtiyaçlarına aşağıdaki şekillerde hizmet eder:
Pürüzlü yüzeyler kolaylıkla bakteriler için saklanma noktaları haline gelebilir; bu nedenle onları temiz tuttuğunuzdan emin olun. Kimyasal cilalama, yüzeyleri mikron altı seviyeye kadar-pürüzsüz hale getirebilir ve bu da enfeksiyon riskini büyük ölçüde azaltır. Örneğin, kimyasal cilalamanın ardından Staphylococcus aureus'un 3D-baskılı titanyum alaşımından yapılmış diz implantlarına bağlanması %90 oranında azaldı.
İyon salınımını kontrol edin: Herhangi bir şeyi mekanik olarak cilaladığınızda, tehlikeli iyonların (nikel iyonları gibi) çok fazla salınmasına neden olan kirletici maddeler eklenebilir. Kimyasal parlatma, yalnızca kimyasal reaksiyonları kullanarak yüzeyi temizler, bu da iyon salınımının ISO 10993 biyouyumluluk gerekliliğini karşılamasını sağlar.
Doku yenilenmesini teşvik etmek: Pürüzsüz yüzeyler hücrelerin birbirine yapışmasına ve immünolojik reaksiyonların azaltılmasına yardımcı olabilir. Çalışmalar, kimyasal olarak parlatılmış 3D baskılı gözenekli titanyum alaşımının yüzeyindeki osteoblastların büyüme oranının iki katına çıktığını göstermektedir.
3, Endüstride kimyasal cilalamanın kullanımı: prototiplerin test edilmesinden nihai ürünlerin yapımına kadar
1. Havacılık ve Uzay: Zorlu koşullarda işleri daha güvenilir hale getirmek
Uçak motoru kanatları, yanma odaları ve diğer parçaların aşırı sıcaklıklara, basınçlara ve aşındırıcı koşullara dayanabilmesi gerekir. Kimyasal cilalama yüzeyin durumunu iyileştirerek parçaların daha uzun süre dayanmasını sağlar.
Türbin kanatları: Kimyasal cilalama, erimiş havuzun kanatların yüzeyinde bıraktığı izlerden kurtulabilir ve yüksek-sıcaklıktaki oksidasyon sürecini yavaşlatabilir. Örneğin, GE Aviation'ın LEAP motorunun türbin kanatları, kimyasal cilalamanın ardından 50 derece daha yüksek sıcaklıklara dayanabiliyor ve %20 daha uzun süre dayanabiliyor.
Kimyasal cilalama, yanma odası astarının iç kısmındaki mikro çatlakları ortadan kaldırabilir ve bu da termal stresle daha iyi başa çıkabilmesini sağlar. 1000 derecelik termal bisiklet testi, cilalı nikel-bazlı alaşımlı astarların çatlak yayılma oranının %60 daha düşük olduğunu gösterdi.
2. Tıbbi implantlar: onları benzersiz ve kullanışlı kılmak
Kimyasal cilalama, tıbbi 3D baskı sonrası-işlemenin en önemli parçasıdır. Tasarımların özelleştirilmesinden çalışır hale getirilmesine kadar tüm süreci destekler:
Kalça kapları ve vücutlararası füzyon cihazları gibi ortopedik implantlar, hastanın vücuduna uyacak şekilde yapılır ve pürüzsüzlük ile kemik entegrasyon performansı arasında doğru dengeyi sağlamak için kimyasal cilalamaya ihtiyaç duyar. Örneğin Johnson&Johnson'ın DePuy Synthes 3D baskılı titanyum alaşımı gövdeler arası füzyon cihazı, kimyasal cilalama sonrasında 0,8 μm yüzey pürüzlülüğüne ve %95'in üzerinde klinik başarı oranına sahiptir.
Kardiyovasküler stent: Kimyasal cilalama stentin yüzeyindeki çapakları giderebilir ve tromboz olasılığını azaltabilir. Kimyasal cilalamanın ardından Boston Scientific'in 3D baskılı nikel titanyum alaşımlı stentinin yüzey pürüzlülüğü 5 μm'den 0,5 μm'ye düştü ve endotelizasyon oranı %30 arttı.
3. Endüstriyel ekipman: bakım maliyetlerini azaltın ve işlerin daha iyi çalışmasını sağlayın
Kimyasal cilalama yüzeylerin durumunu iyileştirerek endüstriyel ekipmanların sürtünmesini ve enerji kullanımını azaltır.
Kalıp yapımı: Kimyasal cilalama sonrasında 3D baskılı enjeksiyon kalıplarının yüzey pürüzlülüğü 8 μm'den 0,5 μm'ye çıkar, kalıbı çıkarmak için gereken kuvvet %40 azalır ve kalıbın ömrü üç kat daha uzun olur.
Kimyasal cilalama, valf gövdesinin akış kanalındaki çapakları giderebilir ve sıvıların içinden akmasını kolaylaştırabilir. Örneğin, Caterpillar'ın 3D-baskılı hidrolik valf gövdesi, kimyasal cilalamanın ardından basınç kaybını %15 azaltır ve sistem verimliliğini %8 artırır.