Γιατί η επιφάνεια των μεταλλικών εξαρτημάτων που εκτυπώνονται 3D είναι σχετικά τραχιά;

一, Χαρακτηριστικά σκόνης: η αιτία των μικροσκοπικών ελαττωμάτων
1.Η διπλή επίδραση της κατανομής των μεγεθών σωματιδίων σκόνης
Μια μελέτη που διεξήχθη από το Πανεπιστήμιο της Χώρας των Βάσκων στην Ισπανία έδειξε μια γραμμική συσχέτιση μεταξύ της τραχύτητας της επιφάνειας και του μικρότερου μεγέθους σωματιδίων (D10) στην κατανομή μεγέθους σωματιδίων σκόνης: μια μείωση στην τιμή D10 αντιστοιχεί σε μείωση της τραχύτητας. Όταν το D10 στην παρτίδα σκόνης πέσει από 25 μm σε 11 μm, για παράδειγμα, η τραχύτητα επιφάνειας των εξαρτημάτων μπορεί να μειωθεί από 60 μm σε λιγότερο από 40 μm. Αλλά αυτό λειτουργεί μόνο για λεπτές σκόνες. Όταν το μέγεθος των σωματιδίων της σκόνης είναι μεγαλύτερο από D50, δεν έχει σημασία πόσο τραχύ είναι.
2. Το «φαινόμενο χιονοστιβάδας» της πούδρας που κολλάει στα πράγματα
Κατά τη διαδικασία της τρισδιάστατης εκτύπωσης, η λεπτή σκόνη που έχει μερικώς λιώσει θα κολλήσει στην επιφάνεια του αντικειμένου, δημιουργώντας εξογκώματα που μοιάζουν με «χιονόμπαλες». Η μεταλλογραφική έρευνα αποκαλύπτει ότι η μικροδομή αυτών των συγκολλητικών σκονών ευθυγραμμίζεται με το σώμα των συστατικών, υποδηλώνοντας ότι προέρχονται απευθείας από την αρχική παρτίδα σκόνης. Για παράδειγμα, η χρήση σκόνης με D50=45 μm μπορεί να κάνει τη διάμετρο της επιφανειακής κόλλας να φτάσει τα 33–47 μm, γεγονός που αυξάνει σημαντικά την τραχύτητα.
3. Το πιο σημαντικό πράγμα για τη σφαιρικότητα της σκόνης
Εάν η σκόνη δεν είναι πολύ σφαιρική, μπορεί να απλωθεί άνισα και να σχηματίσει ένα χαλαρό στρώμα με πορώδες έως και 10%. Αυτοί οι πόροι θα πιάσουν σκόνη που δεν έχει λιώσει ακόμα και θα δημιουργήσουν επιφανειακά ελαττώματα σε όλη τη διαδικασία τήξης με λέιζερ. Μελέτες έχουν δείξει ότι η χρήση σκονών με σφαιρικότητα άνω του 95% μπορεί να μειώσει την τραχύτητα της επιφάνειας κατά περισσότερο από 30%.
2, Παράμετροι εκτύπωσης: Μια καλή ισορροπία του ελέγχου της διαδικασίας
1. Η σύγκρουση μεταξύ ενεργειακής πυκνότητας και πιτσιλίσματος
High energy density (>100J/mm³) μπορεί να κάνει τη λιωμένη πισίνα να ρέει καλύτερα, αλλά μπορεί επίσης να κάνει την ανάκαμψη των μεταλλικών ατμών, η οποία προκαλεί το πιτσίλισμα του λιωμένου μετάλλου. Αυτά τα σταγονίδια ψύχονται και μετατρέπονται σε σφαιρικά σωματίδια που κολλάνε στις επιφάνειες των εξαρτημάτων, καθιστώντας τα 50% έως 80% πιο τραχιά. Για παράδειγμα, κατά την εκτύπωση με το Inconel 718, ο αριθμός των πιτσιλιών στην επιφάνεια αυξάνεται τρεις φορές όταν η ενεργειακή πυκνότητα μεταβαίνει από 80J/mm ³ σε 120 J/mm ³.
2. Η επίδραση του πάχους των στρώσεων και της υφής της στερεοποίησης το ένα πάνω στο άλλο
Ένα από τα κύρια πράγματα που επηρεάζει την τραχύτητα είναι το πάχος των στρωμάτων. Το ύψος της τραχύτητας της επιφάνειας λόγω του φαινομένου του βήματος μπορεί να είναι από 10 μm έως 25 μm όταν το πάχος του στρώματος πηγαίνει από 20 μm σε 50 μm. Επίσης, η γωνία με την οποία το λέιζερ χτυπά την επιφάνεια έχει μεγάλη επίδραση στην υφή στερεοποίησης. Για παράδειγμα, στην πιο απομακρυσμένη περιοχή από το κέντρο εκτύπωσης, όταν η απόκλιση γωνίας είναι μεγαλύτερη από 15 μοίρες, η τραχύτητα της επιφάνειας θα αυξηθεί κατά 40% επειδή η δεξαμενή τήγματος δεν στερεοποιείται ομοιόμορφα.
3. Χώρος για τη βελτίωση της προσέγγισης σάρωσης
Η τυπική μέθοδος σάρωσης -θα αφήνει ρίγες στην επιφάνεια του εξαρτήματος σε τακτά χρονικά διαστήματα. Ωστόσο, η χρήση σκακιέρας ή σπειροειδούς σάρωσης μπορεί να διαλύσει αυτό το μοτίβο και να κάνει την κατανομή της τραχύτητας πιο ομοιόμορφη. Για παράδειγμα, κατά την εκτύπωση με κράμα τιτανίου, η μέθοδος σπειροειδούς σάρωσης μειώνει την τυπική απόκλιση της τραχύτητας της επιφάνειας από 8 μm σε 3 μm.
3, Τεχνολογία μετα{1}}επεξεργασίας: ένας νέος τρόπος φινιρίσματος επιφανειών
1. Τα όρια της μηχανικής επεξεργασίας
Η παραδοσιακή μηχανική επεξεργασία, όπως το φρεζάρισμα CNC, δεν λειτουργεί καλά με περίπλοκες δομές εσωτερικής κοιλότητας και μπορεί να μην λειτουργεί καλά με τον ελαφρύ σχεδιασμό της τρισδιάστατης εκτύπωσης. Κατά την άλεση εμφυτευμάτων ισχίου με συστήματα δικτυωτού πλέγματος, για παράδειγμα, πρέπει να διατηρείται ένα περιθώριο μηχανικής κατεργασίας τουλάχιστον 0,5 mm, το οποίο προσθέτει 15% έως 20% στο βάρος.
2. Μικροσκοπικός έλεγχος χημικής στίλβωσης
Διαλύοντας επιλεκτικά μικροκορυφές επιφανείας, η χημική στίλβωση μπορεί να επιτύχει έλεγχο ακριβείας σε νανοκλίμακα. Κατά την εκτύπωση με κράμα κοβαλτίου χρωμίου, η χημική στίλβωση με συνδυασμένο διάλυμα νιτρικού οξέος και υδροχλωρικού οξέος μπορεί να μειώσει την τραχύτητα της επιφάνειας από 12 μm σε 0,8 μm χωρίς να καταστρέψει τη δομή του πλέγματος. Αλλά αυτή η προσέγγιση πρέπει να παρακολουθεί στενά τη θερμοκρασία (± 2 βαθμοί ) και τη συγκέντρωση του διαλύματος (± 0,5%). Εάν όχι, μπορεί να διαβρωθεί πάρα πολύ.
3. Νέοι τρόποι χρήσης γυαλίσματος με λέιζερ
Η τεχνολογία διπλής σύγχρονης στίλβωσης με λέιζερ συνδυάζει το κύριο λέιζερ για την κατασκευή εξαρτημάτων και το δευτερεύον λέιζερ (παλμός νανοδευτερόλεπτου) για την αφαίρεση της σκόνης που απομένει στην επιφάνεια σε πραγματικό χρόνο. Αυτό μπορεί να κάνει την επιφάνεια 70% πιο λεία. Αυτή η μέθοδος, για παράδειγμα, μειώνει την τραχύτητα της εκτύπωσης από ανοξείδωτο χάλυβα από 7 μ m σε 2 μ m χωρίς άλλη εργασία. Αλλά ο εξοπλισμός κοστίζει 3 έως 5 φορές περισσότερο από τους κανονικούς 3D εκτυπωτές, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη χρήση του σε μεγάλη κλίμακα.
4. Διάσπαση της εσωτερικής κοιλότητας σε λειαντική κατεργασία ροής
Η κατεργασία λειαντικής ροής (AFM) έχει ειδικά πλεονεκτήματα για πολύπλοκες δομές εσωτερικής κοιλότητας. Όταν οδηγείτε ένα ημιστερεό μέσο με λειαντικά σωματίδια καρβιδίου του πυριτίου στην εσωτερική κοιλότητα υπό υψηλή πίεση, μπορείτε να απαλλαγείτε από τα γρέζια και να κάνετε την επιφάνεια πιο λεία. Το AFM μειώνει την τραχύτητα της επιφάνειας της εσωτερικής κοιλότητας από 50 μm σε 5 μm ενώ εκτυπώνει ακροφύσια καυσίμου κινητήρα αεροσκαφών. Διατηρεί επίσης το κανάλι ροής καυσίμου ομαλό.
4, Βιομηχανική Πρακτική: Η Μετακίνηση από το Εργαστήριο στο Εργοστάσιο
1. Νέες ανακαλύψεις στον τομέα της αεροδιαστημικής
Η GE Aviation κατασκευάζει ακροφύσια καυσίμου για κινητήρες LEAP χρησιμοποιώντας τεχνολογία SLM και επεξεργασία HIP (θερμή ισοστατική πίεση). Αυτό μειώνει το πορώδες από 0,8% σε 0,02% και αυξάνει τη διάρκεια της κόπωσης κατά τρεις φορές. Με την ακριβή-ρύθμιση της προσέγγισης σάρωσης και του πάχους του στρώματος (30 μ m), η τραχύτητα της επιφάνειας διατηρείται εντός 12 μm Ra12, που πληροί τα πρότυπα που ορίζει η αεροπορική βιομηχανία.
2. Προσαρμοσμένη ζήτηση για ιατροτεχνολογικά προϊόντα
Η Johnson&Johnson Medical δημιούργησε μια σύνθετη διαδικασία για τρισδιάστατα-τυπωμένα εμφυτεύματα άρθρωσης ισχίου που συνδυάζει ανόπτηση υπό κενό και χημική στίλβωση. Η ανόπτηση υπό κενό αφαιρεί την υπολειπόμενη τάση και, στη συνέχεια, χρησιμοποιείται ένα γυαλιστικό διάλυμα με βάση το κιτρικό οξύ- για να εξομαλύνει την επιφάνεια από Ra50 μm σε Ra0,8 μm διατηρώντας παράλληλα βιοσυμβατή. Αυτή η μέθοδος δίνει στο εμφύτευμα διάρκεια κόπωσης άνω των 20 ετών, κάτι που είναι περισσότερο από αυτό που απαιτείται σε κλινικές συνθήκες.
3. Ενεργειακές συσκευές που μπορούν να λειτουργήσουν σε πολύ σκληρά περιβάλλοντα
Η Siemens κατασκευάζει πτερύγια αεριοστροβίλων χρησιμοποιώντας τεχνολογία κατευθυντικής ανακρυστάλλωσης και επεξεργασία στερεού διαλύματος. Αυτό μειώνει τον ρυθμό ερπυσμού των κραμάτων με βάση το νικέλιο-υψηλής- θερμοκρασίας κατά 80%. Ρυθμίζοντας την κλίση θερμοκρασίας (με ταχύτητα έλξης 2,5 mm/h στις 1235 μοίρες), δημιουργήθηκε μια στήλη κρυσταλλικής δομής που ήταν σε ευθυγράμμιση με τον άξονα τάσης. Αυτό αύξησε τη διάρκεια ζωής της κόπωσης στους 650 βαθμούς.