Κοινή ανάρτηση-Μέθοδοι επεξεργασίας και φινιρίσματος για μεταλλικά 3D εκτυπωμένα μέρη

Τα μεταλλικά 3D εκτυπωμένα μέρη σπάνια αφήνουν τον θάλαμο κατασκευής στην τελική τους κατάσταση χρήσης. Καθώς-οι τυπωμένες επιφάνειες συνήθως φέρουν ορατές γραμμές στρώματος, πυροσυσσωματωμένα ή μερικώς λιωμένα σωματίδια σκόνης και υποστηρίζουν- σημάδια μάρτυρα δομής που πρέπει να αντιμετωπιστούν πριν ένα εξάρτημα είναι έτοιμο για λειτουργική χρήση, συναρμολόγηση ή αισθητική παρουσίαση. Οι συνήθεις μέθοδοι φινιρίσματος για μεταλλικά 3D εκτυπωμένα εξαρτήματα περιλαμβάνουν χειροκίνητη λείανση, αμμοβολή, λείανση, δονητική/φυγόκεντρη λείανση, κατεργασία λειαντικής ροής (εξώθηση λείανσης), ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση και ηλεκτροστίλβωση και κατεργασία ακριβείας, λείανση και EDM (κατεργασία ηλεκτρικής εκκένωσης). Οι ιδιαιτερότητες κάθε μεθόδου περιγράφονται παρακάτω.

Η λείανση χρησιμοποιεί εργαλεία όπως γυαλόχαρτο και λίμες για να τρίβει μηχανικά την επιφάνεια ενός εξαρτήματος απευθείας με το χέρι και μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την τραχύτητα της επιφάνειας. Τα γυαλισμένα εξαρτήματα μπορούν να δουν το φινίρισμα της επιφάνειας να βελτιώνεται κατά ένα συντελεστή τριών έως πέντε και η μέθοδος είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική στην αφαίρεση γραμμών στρώσης, αιχμηρών άκρων και άλλων εντοπισμένων επιφανειακών ελαττωμάτων που έχουν απομείνει από τη διαδικασία εκτύπωσης. Το χειροκίνητο τρίψιμο είναι ευέλικτο - ένας χειριστής μπορεί να εστιάσει την προσοχή του ακριβώς εκεί που χρειάζεται, δουλεύοντας γύρω από μια περίπλοκη γεωμετρία που οι αυτοματοποιημένες διαδικασίες μπορεί να δυσκολεύονται να φτάσουν στο -, αλλά είναι συγκριτικά-εντατική και αργή. Εξαιτίας αυτού, τείνει να ταιριάζει καλύτερα σε μικρές παρτίδες παραγωγής ή σε στοχευμένο, τοπικό φινίρισμα σε συγκεκριμένα χαρακτηριστικά ενός εξαρτήματος και όχι σε γενική επεξεργασία μιας ολόκληρης περιόδου παραγωγής.

Η αμμοβολή χρησιμοποιεί πεπιεσμένο αέρα για να προωθήσει ένα λειαντικό μέσο - οξείδιο αλουμινίου, χάντρες από ανοξείδωτο χάλυβα ή γυάλινες χάντρες, μεταξύ άλλων επιλογών - στην επιφάνεια ενός εξαρτήματος με υψηλή ταχύτητα, δημιουργώντας ένα ομοιόμορφο ματ ή γυαλιστερό φινίρισμα ανάλογα με τα επιλεγμένα μέσα. Τα πλεονεκτήματά του περιλαμβάνουν:

Γρήγορη αφαίρεση επιφανειακών γρατσουνιών και σημαδιών εργαλείων που αφήνονται πίσω από τη διαδικασία κατασκευής.

Καμία αλλαγή στην ακρίβεια διαστάσεων ενός εξαρτήματος, με την επεξεργασία να ολοκληρώνεται συνήθως σε λίγα λεπτά.

Η ρυθμιζόμενη ένταση επεξεργασίας μέσω του ελέγχου πίεσης αέρα - μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αλλαγή του χρώματος και της εμφάνισης της επιφάνειας, ενώ η υψηλότερη πίεση επιτρέπει την αφαίρεση των αιχμηρών άκρων και των μικρών προεξοχών.

Η αμμοβολή είναι κατάλληλη για την επεξεργασία κατά παρτίδες εξαρτημάτων με πολύπλοκες γεωμετρίες, καθώς το σχέδιο ψεκασμού μπορεί να φτάσει σε εσοχές και γύρω από περιγράμματα που θα ήταν δύσκολο να προσπελαστούν με άκαμπτα λειαντικά εργαλεία, καθιστώντας την μια από τις πιο ευέλικτες και ευρέως χρησιμοποιούμενες μεθόδους φινιρίσματος για μεταλλικά εξαρτήματα AM.

Η ανατροπή τοποθετεί μέρη μαζί με ένα λειαντικό μέσο - όπως κεραμικά μέσα ή χαλύβδινα μέσα - μέσα σε ένα περιστρεφόμενο τύμπανο ή κάννη, όπου η μηχανική τριβή μεταξύ των εξαρτημάτων και του μέσου λειαίνει την επιφάνεια με την πάροδο του χρόνου. Τα βασικά χαρακτηριστικά αυτής της μεθόδου περιλαμβάνουν:

Ταιριάζει καλύτερα σε μέρη με σχετικά απλές γεωμετρίες, όπως εξαρτήματα σε σχήμα κυλινδρικού-ή μπλοκ, όπου η ανατροπή μπορεί να κάνει σταθερή επαφή σε όλη την επιφάνεια.

Πολλά εξαρτήματα μπορούν να υποστούν επεξεργασία ταυτόχρονα, δίνοντας στη μέθοδο σχετικά υψηλή απόδοση για φινίρισμα παρτίδας.

Η αποτελεσματικότητά του σε εσωτερικές επιφάνειες ή σύνθετες δομές είναι περιορισμένη, καθώς τα μέσα ανατροπής ενδέχεται να μην μπορούν να φτάσουν σε εσωτερικά κανάλια, βαθιές εσοχές ή περίπλοκες δομές πλέγματος - ένας πραγματικός περιορισμός δεδομένης της συχνότητας χρήσης του μεταλλικού AM ακριβώς για την παραγωγή τέτοιων εσωτερικών γεωμετριών.

Η δονητική και φυγοκεντρική λείανση χρησιμοποιεί φυγόκεντρο δίσκο ή κυλινδρικά συστήματα, στα οποία η φυγόκεντρος δύναμη οδηγεί τα λειαντικά μέσα στην επιφάνεια του εξαρτήματος για να προσφέρει φινίρισμα υψηλής-ενέργειας και μεγάλου{1} όγκου. Τα βασικά του πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν:

Γρήγορη αφαίρεση υλικού, που το καθιστά κατάλληλο για εργασίες γυαλίσματος, αφαίρεσης γρεζιών και στρογγυλοποίησης άκρων-.

Καταλληλότητα για επεξεργασία κατά παρτίδες μικρών εξαρτημάτων, αν και ο εξειδικευμένος εξοπλισμός που εμπλέκεται έχει ένα συγκριτικά υψηλότερο αρχικό κόστος από απλούστερες μεθόδους όπως το τρίψιμο ή το τρίψιμο.

Επειδή η διαδικασία συγκεντρώνει ενέργεια εντονότερα από την τυπική ανατροπή, μπορεί να επιτύχει μέσα σε λίγα λεπτά ό,τι η συμβατική ανατροπή μπορεί να πάρει ώρες για να επιτευχθεί, γεγονός που την καθιστά ελκυστική για περιβάλλοντα παραγωγής όπου η απόδοση έχει σημασία όσο και η ποιότητα της επιφάνειας.

Η κατεργασία λειαντικής ροής, γνωστή και ως λείανση εξώθησης, χρησιμοποιεί ένα υδραυλικό έμβολο για να πιέσει ένα παχύρρευστο λειαντικό μέσο - φορτωμένο με λεπτά λειαντικά σωματίδια - μπρος-πίσω μέσα από τις εσωτερικές επιφάνειες ενός τεμαχίου εργασίας, όπως οπές, κανάλια ή κοιλότητες, επιτυγχάνοντας διαμόρφωση ακριβείας από το εσωτερικό προς τα έξω. Τα χαρακτηριστικά αυτής της μεθόδου περιλαμβάνουν:

Ακριβής έλεγχος στη γεωμετρία της εσωτερικής επιφάνειας, ικανός να σχηματίζει σταθερές ακτίνες ή να αφαιρεί γρέζια από εσωτερικές διόδους.

Η δυνατότητα εφαρμογής σε περιοχές που είναι δύσκολο ή αδύνατο για τις παραδοσιακές διεργασίες στίλβωσης να φτάσουν σε - εσωτερικά κανάλια και σύνθετες κοιλότητες αποτελούν χαρακτηριστικό παράδειγμα, και μια περιοχή όπου η μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση παράγει συχνά γεωμετρία στην οποία το συμβατικό φινίρισμα απλά δεν μπορεί να προσπελάσει.

Ελεγχόμενη αφαίρεση υλικού, αν και ο χρόνος επεξεργασίας τείνει να είναι μεγαλύτερος από ό,τι με τις μεθόδους μηχανικής επιφάνειας, καθώς η ροή του λειαντικού πρέπει να διέρχεται επανειλημμένα από το τμήμα για να επιτευχθεί το επιθυμητό φινίρισμα.

Η επιμετάλλωση χρησιμοποιεί ηλεκτρικό ρεύμα για την εναπόθεση μεταλλικών ιόντων από ένα διάλυμα - όπως χρυσό, ασήμι ή χρώμιο - στην επιφάνεια ενός εξαρτήματος, σχηματίζοντας ένα λεπτό λειτουργικό ή διακοσμητικό στρώμα. Οι κύριοι σκοποί του περιλαμβάνουν τη βελτίωση της αντοχής στη φθορά, της αντίστασης στη διάβρωση, της ηλεκτρικής αγωγιμότητας και της συνολικής εμφάνισης, γεγονός που το καθιστά κοινή επιλογή όταν ένα μεταλλικό εξάρτημα AM χρειάζεται λειτουργικές ιδιότητες πέρα ​​από αυτό που μπορεί να προσφέρει μόνο το βασικό τυπωμένο υλικό.

Η ηλεκτροστίλβωση, αντίθετα, χρησιμοποιεί ηλεκτρικό ρεύμα για να διαλύσει υλικό από την επιφάνεια ενός εξαρτήματος, μειώνοντας την τραχύτητα της επιφάνειας εξομαλύνοντας μικροσκοπικές κορυφές και κοιλάδες. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για γυάλισμα εξαρτημάτων με ακανόνιστο σχήμα, όπου τα μηχανικά εργαλεία στίλβωσης δυσκολεύονται να διατηρήσουν ομοιόμορφη επαφή και μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την εμφάνιση της επιφάνειας και να μειώσει τα ελαττώματα της επιφάνειας που σχετίζονται με την τριβή-.

Και οι δύο διαδικασίες απαιτούν προσεκτικό έλεγχο της πυκνότητας ρεύματος και της σύνθεσης ηλεκτρολυτών για να επιτευχθούν συνεπή, επαναλαμβανόμενα αποτελέσματα. Η βασική διάκριση μεταξύ τους είναι ότι η ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση είναι μια πρόσθετη διαδικασία - το υλικό εναποτίθεται στην επιφάνεια - ενώ η ηλεκτροστίλβωση είναι μια διαδικασία αφαίρεσης - αφαιρείται το υλικό από την επιφάνεια. Η κατανόηση αυτής της διάκρισης έχει σημασία στην πράξη, καθώς η επιλογή του λανθασμένου για μια δεδομένη απαίτηση ανοχής μπορεί είτε να προσθέσει ανεπιθύμητο πάχος είτε να αφαιρέσει περισσότερο υλικό από αυτό που μπορεί να ανεχτεί το περιθώριο διαστάσεων ενός εξαρτήματος.

Η μηχανική κατεργασία και η λείανση χρησιμοποιούν μύλους CNC, τόρνους και παρόμοιο εξοπλισμό για την απευθείας κοπή του υλικού από ένα εξάρτημα, επιτυγχάνοντας υψηλή-ακρίβεια ελέγχου διαστάσεων και σχήματος. Τα επιφανειακά φινιρίσματα που μπορούν να επιτευχθούν μέσω αυτής της διαδρομής μπορούν να φτάσουν κάτω από το Ra 0,8μm, ένα επίπεδο ομαλότητας που οι περισσότερες-εντυπωμένες ή έτοιμες επιφάνειες{4}}δεν μπορούν να ταιριάξουν από μόνες τους.

Η μηχανική κατεργασία ηλεκτρικής εκκένωσης (EDM) χρησιμοποιεί εκκένωση ηλεκτρικού σπινθήρα μεταξύ ενός ηλεκτροδίου και του τεμαχίου εργασίας για τη διάβρωση του υλικού, καθιστώντας το κατάλληλο για φινίρισμα σκληρυμένων κραμάτων ή περίπλοκων εσωτερικών κοιλοτήτων που θα ήταν δύσκολο να προσεγγιστούν με ένα εργαλείο κοπής. Το κύριο μειονέκτημά του είναι η ταχύτητα επεξεργασίας, η οποία τείνει να είναι πολύ πιο αργή από τη συμβατική κατεργασία.

Τόσο η μηχανική κατεργασία/τριβή όσο και η EDM απαιτούν εξειδικευμένο εξοπλισμό και ειδικευμένους χειριστές και γενικά προορίζονται για εξαρτήματα με αυστηρές απαιτήσεις ανοχής - τα αεροδιαστημικά εξαρτήματα αποτελούν αντιπροσωπευτικό παράδειγμα, όπου η ακρίβεια διαστάσεων και η ακεραιότητα της επιφάνειας επηρεάζουν άμεσα την απόδοση του εξαρτήματος και τα περιθώρια ασφαλείας.

Η επιλογή της σωστής μεθόδου φινιρίσματος για ένα μεταλλικό 3D εκτυπωμένο εξάρτημα εξαρτάται από τη δομική γεωμετρία του εξαρτήματος, τις απαιτήσεις ακριβείας του και την κλίμακα παραγωγής που εμπλέκεται. Οι μηχανικές μέθοδοι όπως το τρίψιμο και η αμμοβολή είναι κατάλληλες για γρήγορη-επεξεργασία επιφανειών γενικής χρήσης, όπου ο χρόνος περιστροφής έχει μεγαλύτερη σημασία από την επίτευξη των αυστηρότερων δυνατών ανοχών. Οι χημικές και ηλεκτροχημικές μέθοδοι όπως η ηλεκτροστίλβωση και η ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση συνήθως επιλέγονται για τη βελτίωση της λειτουργικής απόδοσης - της αντοχής στη διάβρωση, της αγωγιμότητας ή των χαρακτηριστικών φθοράς - και όχι για καθαρά κοσμητικούς λόγους. Οι διεργασίες υψηλής ακρίβειας, όπως η μηχανική κατεργασία και το EDM, προορίζονται για εξαρτήματα που πρέπει να πληρούν αυστηρές απαιτήσεις ανοχής, όπου το πρόσθετο κόστος και ο χρόνος επεξεργασίας δικαιολογούνται από την κρισιμότητα της εφαρμογής.

Στην πραγματική-παγκόσμια παραγωγή, είναι σύνηθες να συνδυάζονται πολλές από αυτές τις μεθόδους σε μια ενιαία ροή εργασίας φινιρίσματος -, για παράδειγμα, αμμοβολή ενός εξαρτήματος για την αφαίρεση της επιφάνειας και την εξομάλυνση της εμφάνισής του, ακολουθούμενη από στοχευμένη κατεργασία σε κρίσιμες επιφάνειες ζευγαρώματος και φινίρισμα με ηλεκτροστίλβωση για την επίτευξη λείας επιφάνειας και βελτιωμένης αντοχής στη διάβρωση στο έτοιμο εξάρτημα. Αυτό το είδος προσέγγισης σε επίπεδα επιτρέπει στους κατασκευαστές να εξισορροπούν το κόστος, τη διεκπεραίωση και την ποιότητα του τελικού εξαρτήματος, αντί να βασίζονται σε οποιαδήποτε μέθοδο επεξεργασίας ανάρτησης{3} για να ικανοποιήσουν κάθε απαίτηση ταυτόχρονα.