Parlatma metal 3D baskının yüzeyini hangi seviyeye yükseltebilir?

1. Yüzey pürüzlülüğü: mikrometreden nanometreye geçiş
Yüzey pürüzlülüğü bir parçanın yüzeyinin kalitesinin önemli bir ölçüsüdür. Korozyona ne kadar dayanıklı olduğuna, sürtünmeyle ne kadar iyi çalıştığına, ışıkla ne kadar iyi çalıştığına doğrudan etkisi vardır. İşlem ayarları, malzeme türü ve baskı yönünün tümü, metal 3D baskılı parçaların ilk başta ne kadar pürüzlü olduğu üzerinde büyük etkiye sahiptir. Örneğin, lazer toz yatağı eritme (LPBF) yöntemiyle yapılan titanyum alaşımlı parçaların yüzey pürüzlülüğü, baskı yönü boyunca ölçüldüğünde Ra15–20 μm kadar yüksek olabilir. Ancak baskı yönü boyunca ölçüldüğünde, katmanlar daha sıkı bir şekilde üst üste bindiğinden pürüzlülük Ra8–12 μm kadar düşük olabilir. Parlatma, yüzeyi daha pürüzsüz hale getirebilir:
Mekanik parlatma: Otomatik parlatma makineleri ve elmas aşındırıcılar kullanılarak, BJ yöntemiyle (yapışkan püskürtme) yapılan alüminyum alaşımlı parçaların yüzey pürüzlülüğü Ra2,4 μm'den Ra0,8 μm veya daha altına düşürülebilir; bu, çoğu mekanik montaj işi için yeterince iyidir. Optik ayna destekleri gibi yüksek-hassas ihtiyaçlar için, çok-aşamalı cilalama (kaba cilalama → ince cilalama → ultra ince cilalama) yüzey pürüzlülüğünü tipik ayna taşlama seviyesine yakın olan Ra0,05 μm'ye düşürebilir.
Kimyasal parlatma: Bu yöntem, yüzeydeki tümsekleri seçici olarak çözmek için asidik veya alkalin çözeltiler kullanır. Karmaşık iç boşluk yapılarında iyi çalışır. Örneğin, 316L paslanmaz çelik kardiyovasküler stentlerin yüzey pürüzlülüğü, kimyasal cilalama sonrasında Ra6 μm'den Ra0,2 μm'ye çıktı. Bu, yazdırma sırasında oluşan mikroküre-benzeri eklentilerden kurtuldu ve bu da tromboz riskini azalttı.
Lazer parlatma: Yüzey malzemelerini küçük bir alanda eritmek için güçlü lazer ışınlarının kullanılması ve ardından sıvı metalin yüzey geriliminin onu düzeltme işini yapmasına izin verilmesi. Çalışmalar, SLM yöntemi kullanılarak üretilen 316L paslanmaz çelik bileşenlerin beş lazer taramasının ardından, yüzey pürüzlülüğünün Sa21 μm'den Sa1 μm'ye düştüğünü ve mekanik cilalamaya atfedilebilen bir yüzey altı hasar tabakası oluşmadan %96'lık bir azalma oranına ulaştığını göstermektedir.
2. Mikroyapı: Kusurlardan yoğunlaşmaya doğru iyileştirme
Parlatma sadece yüzeyin daha iyi görünmesini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda küçük kusurlardan kurtularak malzemeyi daha güçlü hale getirir:
Çatlak kapatma: Metal 3D baskı çok hızlı soğuduğunda oluşan mikro çatlaklar, mekanik parlatma basıncıyla kısmen kapatılabilir. Örneğin, titreşim parlatmanın ardından belirli bir havacılık motoru türbin kanadının yüzey kırılma yoğunluğu %40 düştü ve yüksek çevrim yorulma ömrü %25 arttı.
Artık gerilimin ortadan kaldırılması: Kimyasal cilalama, yüzey katmanını parçalayarak artık çekme gerilimini azaltır, bu da gerilim korozyonu çatlamasını önler. TC4 titanyum alaşımlı parçaların dekapaj işlemi, yüzeydeki kalan gerilimin -150MPa'dan -50MPa'ya düştüğünü ve tuz spreyinden kaynaklanan korozyon oranının %60 azaldığını gösterdi.
Lazer parlatma, yüzeyin yeniden erimesine neden olabilir ve bu da tane boyutunun daha düzgün olmasını sağlayabilir. Yüksek-sıcaklık alaşımı Inconel 718 üzerinde yapılan çalışmalar, lazer cilalamanın yüzey tane boyutunu 50 μm'den 10 μm'ye kadar iyileştirdiğini, sertliği %15 artırdığını ve 650 derecede oksidasyon ağırlık artış oranını %30 azalttığını göstermektedir.
3. İşlevsel performans: temelden üst seviyeye geçiş-
Parlatma sonrası yüzey kalitesindeki artış-doğrudan işlevsel performansın optimizasyonuyla ilişkilidir:
Geliştirilmiş aşınma direnci: Daha pürüzsüz yüzeyler, küçük dışbükey nesnelerin temas yüzeyinde birbirine dokunma olasılığını azaltabilir. GCr15 rulman çeliği bileşenleri üzerinde yapılan sürtünme testi, yüzeyin Ra1,6 μm'den Ra0,2 μm'ye parlatılmasının sürtünme katsayısını 0,15'ten 0,08'e ve aşınma miktarını %70 oranında azalttığını gösterdi.
Korozyona karşı daha iyi direnç: Pürüzsüz bir yüzey, aşındırıcı maddelerin yapışmasını zorlaştırır ve kimyasal cilalama sırasında oluşan pasifleştirme filmi daha da fazla koruma sağlar. Elektrokimyasal cilalama sonrasında %3,5 NaCl çözeltisindeki 304 paslanmaz çelik parçanın korozyon akım yoğunluğu 1,2 × 10 ⁻⁵ A/cm²'den 2,5 × 10 ⁻⁶ A/cm²'ye düştü ve çukurlaşma korozyonuna karşı direnci 5 kat arttı.
Geliştirilmiş optik performans: AlSi10Mg alüminyum alaşımlı aynaların parlatılması üzerine yapılan araştırmalar, yüzey pürüzlülüğü Ra3,2 μm'den Ra0,05 μm'ye düştüğünde, görünür ışık yansımasının %85'ten %92'ye yükseldiğini göstermektedir; lazer iletişim sistemlerinin ihtiyaç duyduğu şey budur.
4. Endüstri Uygulaması: Laboratuvardan fabrikaya geçiş
Parlatma tekniği, sıkı yüzey kalitesi standartlarını gerektiren alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır:
Havacılık: Lazer parlatma, Ra12 μm'den Ra0,8 μm'ye kadar yüzeyi daha az pürüzlü hale getirmek için belirli bir roket motoru nozulunda kullanılır. Simüle edilmiş bir uzay ortamındaki termal döngü ömrü (sıcaklık aralığı: -180 dereceden 300 dereceye kadar) 50'den 200 kata çıkarıldı.
Tıbbi implantlar: Kimyasal cilalamanın ardından titanyum alaşımlı kalça eklemi protezinin yüzey pürüzlülüğü Ra8 µm'den Ra0,5 µm'ye çıktı. Bu, hücrelerin implantlara %40 daha iyi yapışmasını ve kemiklerin implantlara %30 daha hızlı entegre olmasını sağladı.
Hassas kalıp: Şekle uyarlanabilir taşlama (SAG) ile cilalama sonrasında otomotiv enjeksiyon kalıp göbeğinin yüzey pürüzlülüğü Ra0,02 μ m'ye düşer, kalıp ömrü 100.000 kattan 500.000 kata çıkar ve ürünün yüzey parlaklığı 2 seviye artar.