Miért viszonylag érdes a fém 3D nyomtatott részek felülete?

一, Púder jellemzői: az apró hibák oka
1. A porszemcseméretek eloszlásának kettős hatása
A spanyolországi Baszkföld Egyetem által végzett tanulmány lineáris összefüggést mutatott ki a felületi érdesség és a legkisebb részecskeméret (D10) között a porszemcseméret-eloszlásban: a D10 érték csökkenése az érdesség csökkenésének felel meg. Amikor például a porban lévő D10 25 μm-ről 11 μm-re csökken, az alkatrészek felületi érdessége 60 μm-ről 40 μm alá csökkenhet. De ez csak finom porok esetén működik. Ha a porszemcsék mérete nagyobb, mint D50, nem számít, mennyire érdes.
2. A dolgokhoz tapadt por "hógolyó hatása".
A 3D nyomtatási folyamat során a részben megolvadt finom por hozzátapad a tárgy felületéhez, és „hógolyónak” látszó ütéseket okoz. A metallográfiai kutatások kimutatták, hogy ezeknek a ragasztóporoknak a mikroszerkezete igazodik az alkatrészek testéhez, ami arra utal, hogy közvetlenül az eredeti portételből származnak. Például, ha D50=45 μm-es port használunk, a felületi ragasztópor átmérője elérheti a 33–47 µm-t, ami nagymértékben növeli az érdességet.
3. A por gömbszerűségével kapcsolatos legfontosabb dolog
Ha a por nem túl gömbölyű, akkor egyenetlenül terjedhet, és laza réteget képezhet, amelynek porozitása akár 10%. Ezek a pórusok felfogják a port, amely még nem olvadt el, és felületi hibákat okoz a lézeres olvasztási folyamat során. Tanulmányok kimutatták, hogy a 95%-ot meghaladó gömbölyűségű porok alkalmazása több mint 30%-kal csökkentheti a felületi érdesség mértékét.
2, Nyomtatási paraméterek: A folyamatvezérlés jó egyensúlya
1. Az energiasűrűség és a fröccsenés közötti konfliktus
High energy density (>100J/mm³) javíthatja az olvadt medence áramlását, de a fémgőz visszapattanását is okozhatja, ami az olvadt fém fröccsenését okozza. Ezek a cseppek lehűlnek, és gömb alakú részecskékké alakulnak, amelyek hozzátapadnak az alkatrészek felületéhez, így azok 50-80%-kal durvábbak lesznek. Például az Inconel 718-cal történő nyomtatás során a felületi fröccsenések száma háromszorosára nő, ha az energiasűrűség 80 J/mm³-ról 120 J/mm³-ra csökken.
2. A rétegek vastagságának és a megszilárdulás állagának egymásra gyakorolt ​​hatása
Az egyik fő dolog, ami az érdességet befolyásolja, a rétegek vastagsága. A lépcsős hatás miatti felületi érdesség magassága 10 μm-ről 25 μm-re változhat, ha a rétegvastagság 20 μm-ről 50 μm-re megy. Ezenkívül az a szög, amelyben a lézer eléri a felületet, nagy hatással van a megszilárdulási textúrára. Például a nyomtatási központtól legtávolabbi területen, amikor a szögeltérés több mint 15 fok, a felületi érdesség 40%-kal nő, mivel az olvadékmedence nem szilárdul meg egyenletesen.
3. Hely a szkennelési megközelítés javítására
A szabványos egyirányú szkennelési módszer{0}}rendszeres időközönként csíkokat hagy az alkatrész felületén. A sakktábla vagy a spirális szkennelés azonban feltörheti ezt a mintát, és egyenletesebbé teheti az érdességeloszlást. Például a titánötvözetű nyomtatás során a spirális szkennelési módszer a felületi érdesség szórását 8 μm-ről 3 μm-re csökkenti.
3. Utófeldolgozási technológia: a felületek megmunkálásának új módja
1. A mechanikai feldolgozás határai
A hagyományos mechanikai feldolgozás, például a CNC-marás, nem működik jól bonyolult belső üreges szerkezeteknél, és előfordulhat, hogy nem működik jól a 3D nyomtatás könnyű kialakításával. Például a rácsos csípőimplantátumok marása során legalább 0,5 mm-es megmunkálási ráhagyást kell tartani, ami 15-20%-kal növeli a tömeget.
2. A kémiai polírozás mikroszkópos ellenőrzése
A felületi mikrocsúcsok szelektív feloldásával a kémiai polírozás nanoméretű precíziós szabályozást érhet el. Kobalt-krómötvözetű nyomtatáskor a salétromsav és sósav kombinált oldatával végzett kémiai polírozással a felületi érdesség 12 μm-ről 0,8 μm-re csökkenthető anélkül, hogy a rácsszerkezet károsodna. De ehhez a megközelítéshez szorosan figyelemmel kell kísérni a hőmérsékletet (± 2 fok) és az oldat koncentrációját (± 0,5%). Ha nem, akkor túlságosan korrodálódhat.
3. A lézeres polírozás új felhasználási módjai
A kettős lézeres szinkron polírozási technológia egyesíti a fő lézert az alkatrészek felépítéséhez és a másodlagos lézert (nanoszekundumos impulzus), hogy valós időben távolítsa el a felületi maradék port. Ezzel a felület 70%-kal simább lehet. Ez a módszer például a rozsdamentes acél nyomtatás érdességét 7 μm-ről 2 μm-re csökkenti további munka nélkül. De a berendezés 3-5-ször annyiba kerül, mint a hagyományos 3D nyomtatóké, ami megnehezíti a nagy méretekben való használatát.
4. A belső üreg áttörése abrazív áramlásos megmunkálásnál
Az Abrasive flow Machining (AFM) speciális előnyökkel jár a bonyolult belső üreges szerkezeteknél. Ha nagy nyomással szilícium-karbid csiszolórészecskéket tartalmazó félszilárd közeget vezet be a belső üregbe, megszabadulhat a sorjaktól, és simábbá teheti a felületet. Az AFM 50 μm-ről 5 μm-re csökkenti a belső üreg felületi érdességét, miközben repülőgép-hajtóművek üzemanyag-fúvókáit nyomtatja. Az üzemanyag-áramlási csatornát is egyenletesen tartja.
4, Ipari gyakorlat: Költözés a laborból a gyárba
1. Új felfedezések a repülés területén
A GE Aviation SLM technológiával és HIP-kezeléssel (hot izosztatikus préselés) készít üzemanyagfúvókákat LEAP motorokhoz. Ez 0,8%-ról 0,02%-ra csökkenti a porozitást, és háromszorosára növeli a kifáradási élettartamot. A szkennelési megközelítés és a rétegvastagság (30 μm) finom-hangolásával a felületi érdesség Ra12 μm-en belül marad, ami megfelel a repülési ipar által támasztott szabványoknak.
2. Testreszabott kereslet az orvostechnikai eszközök iránt
A Johnson&Johnson Medical egy összetett eljárást hozott létre 3D-s-nyomtatott csípőízületi implantátumokhoz, amely egyesíti a vákuumos lágyítást és a kémiai polírozást. A vákuumos lágyítás eltávolítja a maradék feszültséget, majd citromsav-alapú polírozó oldattal simítják a felületet Ra50 μm-ről Ra0,8 μm-re, miközben biokompatibilis marad. Ez a módszer több mint 20 éves élettartamot biztosít az implantátumnak, ami több, mint amennyire klinikai körülmények között szükség van.
3. Energetikai eszközök, amelyek nagyon durva környezetben is működhetnek
A Siemens gázturbina lapátokat gyárt irányított átkristályosítási technológiával és szilárd oldatos kezeléssel. Ez 80%-kal csökkenti a nikkel-alapú, magas hőmérsékletű-ötvözetek kúszási sebességét. A hőmérsékleti gradiens szabályozásával (2,5 mm/h húzási sebesség mellett 1235 fokon) a feszültségtengellyel egy vonalba eső oszlopos kristályszerkezet jött létre. Ez 650 fokkal növelte a kifáradási élettartamot.