Mi a kémiai polírozás szerepe a fém 3D nyomtatásban?

一, A kémiai polírozás mögött meghúzódó fő gondolat a felület szelektív feloldása és újjáépítése.
A kémiai reagensek (például savas vagy lúgos oldatok) és a fémfelület közötti oxidációs -redukciós kölcsönhatás a felületi réteget szabályozott módon oldja fel a kémiai polírozás során. Fő részei a következők:
A mikroszkopikus nyúlványok könnyebben oldódnak: Ha a felület egyenetlen (mint amikor a hegesztőmedence átfedési nyomai vagy nem olvadt porrészecskék vannak jelen), akkor a "kiemelkedés előnyösen feloldódik" jelenség fordul elő, mivel nagyobb a szabad terület és gyorsabb a kémiai reakció sebessége.
Szintezés felületi feszültségen keresztül: Amikor a fémionok feloldódnak, a felületi feszültség miatt homorú helyek felé mennek. Ez sima, egyenletes felületet hoz létre, miután megszilárdul. Például a kémiai polírozás csökkentheti a 3D nyomtatott titánötvözet felületi érdességét (Ra) 6–12 μm-ről 0,2–1 μm-re, ami az orvosi implantátumokhoz szükséges biokompatibilitási kritériumokon belül van.
Hibaréteg eltávolítása: A kémiai polírozással pontosan eltávolíthatóak a felületre tapadt (kb. 70 μm vastagságú) fel nem olvadt porszemcsék, ami megakadályozza a normál mechanikai polírozással előforduló felszín alatti sérüléseket. Szingapúri kutatók új módszert hoztak létre a 316L-es rozsdamentes acél polírozására, amely nagyfeszültségű impulzusokat és hagyományos elektrokémiai polírozást alkalmaz, hogy a felület kevésbé érdes legyen. Az új módszer megtartja az eredeti rácsszerkezet energiaelnyelő tulajdonságait.
2, A kémiai polírozás fő célja a felület javítása és hasznosabbá tétele.
1. A felület minőségének javítása: geometriai határok megkerülése, összetett szerkezetek polírozása
Ami a polírozást illeti, a fém 3D nyomtatás bonyolult geometriai formáival, például rácsokkal, belső csatornákkal és porózus szerkezetekkel nehéz lehet dolgozni. A kémiai polírozás, amely nem igényel érintkezést, most a legjobb módja az ilyen típusú szerkezetek kezelésének:
Belső csatornák polírozása: A kémiai reagensek bejuthatnak a csak néhány mikrométer széles belső csatornákba, hogy megszabaduljanak az olvadékmedence átfedése miatt keletkező sorjaktól. Például a kémiai polírozást követően a repülőgépmotor üzemanyagfúvókájának belső áramlási csatornája 15%-kal csökkenti az áramlási ellenállást, és kevesebb üzemanyagot használ fel a motor számára.
A porózus szerkezet optimalizálása: A kémiai polírozás megszabadulhat az orvosi implantátumok pórusfelületén lévő laza gömbrétegektől, mint például a csípőhüvelyek és a testközi fúziós eszközök. Ez megkönnyíti a csontsejtek tapadását az implantátumokhoz. A tanulmányok azt mutatják, hogy a polírozott porózus titánötvözet felületi érdessége 90%-kal csökken, míg a csontintegráció mértéke 40%-kal javul.
A kémiai polírozás bármilyen alakú alkatrészen működhet, így szabad-formájú felületeken is. Például a kémiai polírozás 10-1 μm-rel simábbá tette a 3D-nyomtatott turbinalapátok bonyolult aerodinamikai felületét, és 8%-kal növelte aerodinamikai teljesítményüket.
2. A mechanikai teljesítmény javítása: megszabaduljon a hibáktól és meghosszabbítsa a fáradtság élettartamát
A fém 3D nyomtatott tárgyak kifáradási repedései a felületi hibákkal kezdődnek. A kémiai polírozás a következő módokon javítja a mechanikai jellemzőket:
a maradék feszültség csökkentése: A kémiai polírozás az apró területek feloldásával részben csökkentheti a nyomtatás okozta maradék feszültséget. Például a kémiai polírozás 5000 ciklusról 12000 ciklusra meghosszabbíthatja a 3D nyomtatott nikkel{2}}alapú, magas hőmérsékletű-ötvözetek alacsony ciklusú kifáradási élettartamát.
A repedések okának megszüntetése: A meg nem olvadt porszemcsék és az olvadt medence átfedő nyomai gyakori helyek, ahol repedések keletkeznek. A kémiai polírozás megoldhatja ezeket a problémákat, és 30%-kal növelheti a kifáradási repedések növekedésének küszöbét.
Felületsűrűsödés: A felületi réteg kémiai polírozás után sűrűbbé válik, mivel az oldódás, majd újra megszilárdul. Például a kémiai polírozást követően a 3D-nyomtatott kobaltkrómötvözet porozitása 0,8%-ról 0,02%-ra csökken, korrózióállósága pedig ötszörösére nő.
3. Biokompatibilitás optimalizálás: megfelel a szigorú orvosi szabványoknak
Az orvosi implantátumoknak nagyon sima felülettel és biológiailag kompatibilisnek kell lenniük. A kémiai polírozás az alábbi módokon szolgálja ki az orvosi terület igényeit:
A durva felületek könnyen búvófoltokká válhatnak a baktériumok számára, ezért ügyeljen arra, hogy tisztán tartsa őket. A kémiai polírozás a{1}}mikron alatti szintig simábbá teheti a felületeket, ami nagymértékben csökkenti a fertőzés kockázatát. A kémiai polírozást követően például 90%-kal csökkent a Staphylococcus aureus 3D-nyomtatott titánötvözetből készült térdimplantátumokhoz való rögzítése.
Ionkibocsátás szabályozása: Ha bármit mechanikusan políroz, az olyan szennyeződéseket adhat hozzá, amelyek veszélyes ionok (például nikkel-ionok) túlzott felszabadulását okozzák. A kémiai polírozás csak kémiai reakciók segítségével tisztítja meg a felületet, ami biztosítja, hogy az ionkibocsátás megfeleljen az ISO 10993 biokompatibilitási követelményének.
A szövetek regenerációjának elősegítése: A sima felületek elősegíthetik a sejtek összetapadását és csökkenthetik az immunológiai reakciókat. A tanulmányok azt mutatják, hogy a kémiailag polírozott 3D-nyomtatott porózus titánötvözet felületén az oszteoblasztok növekedési üteme megkétszereződött.
3, A kémiai polírozás alkalmazása az iparban: a prototípusok tesztelésétől a végtermékek elkészítéséig
1. Repülés: A dolgok megbízhatóbbá tétele zord körülmények között
A repülőgép hajtóműveinek, égéstereinek és egyéb részeinek képesnek kell lenniük az extrém hőmérsékletek, nyomások és korrozív körülmények kezelésére. A kémiai polírozás meghosszabbítja az alkatrészek élettartamát azáltal, hogy javítja a felület állapotát.
A turbinalapátok: A kémiai polírozás eltávolíthatja a lapátok felületén lévő olvadt medence nyomait, és lelassítja a magas hőmérsékletű-oxidációt. Vegyi polírozás után például a GE Aviation LEAP motorjának turbinalapátjai 50 fokkal magasabb hőmérsékletet is bírnak, és 20%-kal tovább bírják.
A kémiai polírozással meg lehet szabadulni az égéstér belső oldalán lévő mikrorepedésektől, így jobban kezelhető a hőterhelés. Egy 1000 fokos hőciklus-teszt azt mutatta, hogy a polírozott nikkel-alapú ötvözet bélések repedésterjedési sebessége 60%-kal alacsonyabb.
2. Orvosi implantátumok: egyedivé és hasznossá téve őket
A kémiai polírozás az orvosi 3D nyomtatás utófeldolgozásának legfontosabb része. Támogatja az egész folyamatot, a tervek testreszabásától a működőképességig:
Az ortopédiai implantátumokat, például a csípőpoharakat és a testközi fúziós eszközöket úgy készítik el, hogy illeszkedjenek a páciens testéhez, és kémiai polírozásra van szükségük a simaság és a csontintegrációs teljesítmény közötti megfelelő egyensúly eléréséhez. A Johnson&Johnson DePuy Synthes 3D nyomtatott titánötvözet testközi fúziós eszközének például a felületi érdessége 0,8 μm a kémiai polírozás után, és a klinikai siker aránya több mint 95%.
Szív- és érrendszeri stent: A kémiai polírozás megszabadulhat a stent felületén lévő sorjaktól, és csökkenti a trombózis esélyét. A kémiai polírozás után a Boston Scientific 3D nyomtatott nikkel-titánötvözet stentjének felületi érdessége 5 μm-ről 0,5 μm-re csökkent, és az endothelizáció mértéke 30%-kal nőtt.
3. Ipari berendezések: csökkentse a karbantartási költségeket, és javítsa a dolgok működését
A kémiai polírozás javítja a felületek állapotát, ami csökkenti az ipari berendezések súrlódását és energiafelhasználását.
Formák készítése: A kémiai polírozást követően a 3D nyomtatott fröccsöntő szerszámok felületi érdessége 8 μm-ről 0,5 μm-re megy, a forma eltávolításához szükséges erő 40%-kal csökken, és a forma háromszor tovább bírja.
A kémiai polírozás megszabadíthatja a szelepház áramlási csatornájában lévő sorját, és megkönnyítheti a folyadékok átáramlását. Például vegyi polírozás után a Caterpillar 3D{2}}nyomtatott hidraulikus szelepháza 15%-kal csökkenti a nyomásveszteséget, és 8%-kal növeli a rendszer hatékonyságát.