Σε ποιο επίπεδο μπορεί το γυάλισμα να ανυψώσει την επιφάνεια της μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης;

1. Τραχύτητα επιφάνειας: άλμα από μικρόμετρα σε νανόμετρα
Η τραχύτητα της επιφάνειας είναι ένα βασικό μέτρο της ποιότητας της επιφάνειας ενός εξαρτήματος. Έχει άμεση επίδραση στο πόσο καλά αντιστέκεται στη διάβρωση, πόσο καλά λειτουργεί με την τριβή και πόσο καλά λειτουργεί με το φως. Οι ρυθμίσεις της διαδικασίας, ο τύπος του υλικού και η κατεύθυνση της εκτύπωσης έχουν όλα μεγάλη επίδραση στο πόσο τραχιά είναι αρχικά τα μεταλλικά 3D εκτυπωμένα μέρη. Για παράδειγμα, η τραχύτητα της επιφάνειας των εξαρτημάτων από κράμα τιτανίου που κατασκευάζονται με τη μέθοδο τήξης κλίνης σκόνης λέιζερ (LPBF) μπορεί να είναι τόσο υψηλή όσο Ra15–20 μm όταν μετράται σε όλη την κατεύθυνση εκτύπωσης. Ωστόσο, όταν μετράται κατά μήκος της κατεύθυνσης εκτύπωσης, η τραχύτητα μπορεί να είναι τόσο χαμηλή όσο Ra8–12 μm επειδή τα στρώματα επικαλύπτονται πιο σφιχτά. Το γυάλισμα μπορεί να κάνει την επιφάνεια πολύ πιο λεία:
Μηχανική στίλβωση: Χρησιμοποιώντας αυτοματοποιημένες μηχανές στίλβωσης και λειαντικά διαμαντιών, η τραχύτητα της επιφάνειας των εξαρτημάτων από κράμα αλουμινίου που κατασκευάζονται με τη μέθοδο BJ (με κόλλα ψεκασμού) μπορεί να μειωθεί από Ra2,4 μ m σε Ra0,8 μ m ή λιγότερο, που είναι αρκετά καλό για τις περισσότερες εργασίες μηχανικής συναρμολόγησης. Για απαιτήσεις υψηλής
Χημική στίλβωση: Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί όξινα ή αλκαλικά διαλύματα για την επιλεκτική διάλυση των επιφανειακών εξογκωμάτων. Λειτουργεί καλά σε περίπλοκες δομές εσωτερικής κοιλότητας. Για παράδειγμα, η τραχύτητα της επιφάνειας των καρδιαγγειακών στεντ από ανοξείδωτο χάλυβα 316L αυξήθηκε από Ra6 μm ​​σε Ra0,2 μm μετά από χημική στίλβωση. Αυτό απαλλάχθηκε από τα προσαρτήματα που δημιουργήθηκαν κατά τη διάρκεια της εκτύπωσης-όπως τα μικρόσφαιρα, τα οποία μείωσαν τον κίνδυνο θρόμβωσης.
Γυάλισμα λέιζερ: Χρησιμοποιώντας ισχυρές ακτίνες λέιζερ για την τήξη των επιφανειακών υλικών σε μια μικρή περιοχή και στη συνέχεια αφήνοντας την επιφανειακή τάση του υγρού μετάλλου να κάνει τη δουλειά της εξομάλυνσής του. Μελέτες δείχνουν ότι μετά από πέντε σαρώσεις λέιζερ εξαρτημάτων από ανοξείδωτο χάλυβα 316L που παράγονται με τη μέθοδο SLM, η τραχύτητα της επιφάνειας μειώθηκε από Sa21 μm σε Sa1 μm, επιτυγχάνοντας ποσοστό μείωσης 96%, χωρίς να σχηματιστεί στρώμα ζημιάς κάτω από την επιφάνεια που αποδίδεται σε μηχανική στίλβωση.
2. Μικροδομή: Βελτίωση από ελαττώματα στην πύκνωση
Το γυάλισμα όχι μόνο κάνει την επιφάνεια να φαίνεται καλύτερη, αλλά επίσης κάνει το υλικό πιο ισχυρό απαλλαγώντας από μικρές ατέλειες:
Κλείσιμο ρωγμών: Οι μικρορωγμές που σχηματίζονται όταν η μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση κρυώνει πολύ γρήγορα μπορούν να κλείσουν μερικώς με μηχανική πίεση στίλβωσης. Για παράδειγμα, μετά τη στίλβωση με κραδασμούς, η πυκνότητα θραύσης της επιφάνειας ενός συγκεκριμένου πτερυγίου τουρμπίνας κινητήρα αεροπορίας μειώθηκε κατά 40%, και η διάρκεια ζωής υψηλού κύκλου κούρασης αυξήθηκε κατά 25%.
Αποδέσμευση υπολειπόμενης τάσης: Η χημική στίλβωση ανακουφίζει από την υπολειπόμενη εφελκυστική τάση διασπώντας το επιφανειακό στρώμα, το οποίο αποτρέπει τη διάβρωση λόγω καταπόνησης. Η επεξεργασία τουρσί των εξαρτημάτων από κράμα τιτανίου TC4 έδειξε ότι η υπολειπόμενη τάση στην επιφάνεια μειώθηκε από -150 MPa σε -50 MPa και ο ρυθμός διάβρωσης από ψεκασμό αλατιού μειώθηκε κατά 60%.
Η στίλβωση με λέιζερ μπορεί να προκαλέσει επανατήξη της επιφάνειας, η οποία μπορεί να κάνει το μέγεθος των κόκκων πιο ομοιόμορφο. Μελέτες για το κράμα υψηλής θερμοκρασίας Inconel 718 δείχνουν ότι η στίλβωση με λέιζερ βελτιώνει το μέγεθος των επιφανειακών κόκκων από 50 μm σε 10 μm, ενισχύει τη σκληρότητα κατά 15% και μειώνει τον ρυθμό αύξησης βάρους της οξείδωσης στους 650 βαθμούς κατά 30%.
3. Λειτουργική απόδοση: μετάβαση από το βασικό στο υψηλό-τέλος
Η βελτίωση της ποιότητας επιφάνειας μετά το{0}}γυάλισμα συσχετίζεται άμεσα με τη βελτιστοποίηση της λειτουργικής απόδοσης:
Βελτιωμένη αντίσταση στη φθορά: Οι λείες επιφάνειες μπορεί να καταστήσουν λιγότερο πιθανό τις μικροσκοπικές κυρτές οντότητες να ακουμπήσουν η μία την άλλη στην επιφάνεια επαφής. Η δοκιμή τριβής σε εξαρτήματα χάλυβα που φέρουν GCr15 έδειξε ότι η στίλβωση της επιφάνειας από Ra1,6 μm σε Ra0,2 μm έκανε τον συντελεστή τριβής να μειωθεί από 0,15 σε 0,08 και η ποσότητα φθοράς να μειωθεί κατά 70%.
Καλύτερη αντίσταση στη διάβρωση: Η λεία επιφάνεια καθιστά πιο δύσκολο να κολλήσουν διαβρωτικές ουσίες και το φιλμ παθητικοποίησης που σχηματίζεται κατά τη χημική στίλβωση προσθέτει ακόμη μεγαλύτερη προστασία. Μετά την ηλεκτροχημική στίλβωση, η πυκνότητα του ρεύματος διάβρωσης των 304 μερών από ανοξείδωτο χάλυβα σε ένα διάλυμα NaCl 3,5% μειώθηκε από 1,2 × 10-5 A/cm² σε 2,5 × 10-6 A/cm², και η αντίσταση στη διάβρωση με διάτρηση αυξήθηκε κατά 5 φορές.
Βελτιωμένη οπτική απόδοση: Έρευνα για τη στίλβωση καθρεπτών από κράμα αλουμινίου AlSi10Mg δείχνει ότι όταν η τραχύτητα της επιφάνειας μειωθεί από Ra3,2 μm σε Ra0,05 μm, η ανακλαστικότητα του ορατού φωτός αυξάνεται από 85% σε 92%, κάτι που χρειάζονται τα συστήματα επικοινωνίας με λέιζερ.
4. Εφαρμογή βιομηχανίας: Μετακίνηση από το εργαστήριο στο εργοστάσιο
Η τεχνική στίλβωσης έχει χρησιμοποιηθεί εκτενώς σε τομείς που απαιτούν αυστηρά πρότυπα ποιότητας επιφάνειας:
Αεροδιαστημική: Το γυάλισμα λέιζερ χρησιμοποιείται σε ένα συγκεκριμένο τύπο ακροφυσίου κινητήρα πυραύλων για να κάνει την επιφάνεια λιγότερο τραχιά, από Ra12 μ m έως Ra0,8 μ m. Η διάρκεια ζωής του θερμικού κύκλου σε ένα προσομοιωμένο διαστημικό περιβάλλον (εύρος θερμοκρασίας: -180 βαθμοί έως 300 μοίρες) έχει αυξηθεί από 50 σε 200 φορές.
Ιατρικά εμφυτεύματα: Μετά από χημική στίλβωση, η τραχύτητα της επιφάνειας της πρόσθεσης άρθρωσης ισχίου από κράμα τιτανίου αυξήθηκε από Ra8 μm σε Ra0,5 μm. Αυτό έκανε τα κύτταρα να κολλήσουν στα εμφυτεύματα 40% καλύτερα και τα οστά να ενσωματωθούν μαζί τους 30% πιο γρήγορα.
Καλούπι ακριβείας: Μετά το γυάλισμα με προσαρμοστική λείανση σχήματος (SAG), η τραχύτητα της επιφάνειας του πυρήνα του καλουπιού έγχυσης αυτοκινήτου μειώνεται σε Ra0,02 μm, η διάρκεια ζωής του καλουπιού αυξάνεται από 100.000 φορές σε 500.000 φορές και η γυαλάδα της επιφάνειας του προϊόντος αυξάνεται κατά 2 επίπεδα.