Általános utólagos{0}}Fém 3D nyomtatott alkatrészek feldolgozási és befejezési módszerei

A fém 3D nyomtatott alkatrészek ritkán hagyják el végső használható állapotukban az építőkamrát. Mivel-a nyomtatott felületek jellemzően látható rétegvonalakat, szinterezett vagy részben megolvadt porszemcséket és alátámasztó-szerkezeti jeleket tartalmaznak, amelyeket kezelni kell, mielőtt az alkatrész készen áll a funkcionális használatra, összeszerelésre vagy esztétikai megjelenésre. A 3D nyomtatott fémalkatrészek általános megmunkálási módszerei közé tartozik a kézi csiszolás, homokfúvás, dörzsölés, vibrációs/centrifugális csiszolás, abrazív áramlásos megmunkálás (extrudálási hónolás), galvanizálás és elektropolírozás, valamint precíziós megmunkálás, köszörülés és EDM (elektromos kisüléses megmunkálás). Az alábbiakban ismertetjük az egyes módszerek sajátosságait.

A csiszoláshoz olyan eszközöket használnak, mint a csiszolópapír és a reszelő, hogy mechanikusan, közvetlenül kézzel csiszolják le az alkatrész felületét, és ez jelentősen javítja a felület érdességét. A csiszolt alkatrészek felületi minősége háromszor-ötször javulhat, és a módszer különösen hatékony a rétegvonalak, éles szélek és egyéb, a nyomtatási folyamatból visszamaradt helyi felületi hibák eltávolításában. A kézi csiszolás rugalmas - a kezelő pontosan oda tudja összpontosítani a figyelmét, ahol szükség van rá, megkerülve az összetett geometriát, amelyet az automatizált folyamatok nehezen érhetnek el -, de ez viszonylag munkaigényes- és lassú. Emiatt általában kis gyártási tételekhez vagy egy alkatrész meghatározott jellemzőinek célzott, lokalizált befejezéséhez a legalkalmasabb, nem pedig egy teljes gyártási sorozat átfogó kezeléséhez.

A homokfúvás sűrített levegőt használ, hogy a koptató közeget - alumínium-oxidot, rozsdamentes acél gyöngyöket vagy üveggyöngyöket, egyéb lehetőségek mellett - nagy sebességgel hajtson az alkatrész felületére, így a kiválasztott közegtől függően egyenletes matt vagy fényes felületet kap. Előnyei közé tartozik:

Az építési folyamat során visszamaradt felületi karcolások és szerszámnyomok gyors eltávolítása;

Nem változik az alkatrész méretpontossága, a feldolgozás általában néhány perc alatt befejeződik;

Állítható kezelési intenzitás a levegőnyomás-szabályozás révén - alacsonyabb nyomással módosítható a felület színe és megjelenése, míg a nagyobb nyomás lehetővé teszi az éles szélek és kis kiemelkedések sorjázását.

A homokfúvás kiválóan alkalmas összetett geometriájú alkatrészek kötegelt megmunkálására, mivel a szórásmintázat olyan mélyedésekbe és körvonalakba is belenyúlhat, amelyekhez merev csiszolószerszámokkal nehéz lenne hozzáférni, így az egyik legsokoldalúbb és szélesebb körben használt megmunkálási módszer a fém AM alkatrészekhez.

A dörzsölés során az alkatrészeket egy csiszolóanyaggal -, például kerámia vagy acélhordozóval - együtt helyezik el egy forgó dobban vagy hordóban, ahol az alkatrészek és a hordozó közötti mechanikai súrlódás idővel simítja a felületet. Ennek a módszernek a fő jellemzői a következők:

A legalkalmasabb viszonylag egyszerű geometriájú alkatrészekhez, például hengeres vagy blokk{0}}alakú alkatrészekhez, ahol a billenő hatás egyenletes érintkezést tud elérni a felületen;

Egyidejűleg több alkatrész is feldolgozható, így a módszer viszonylag nagy áteresztőképességet biztosít a kötegelt kikészítéshez;

Hatékonysága belső felületeken vagy összetett szerkezeteken korlátozott, mivel előfordulhat, hogy a bukdácsoló közeg nem tud behatolni a belső csatornákba, mély mélyedésekbe vagy bonyolult rácsszerkezetekbe - ez valós korlát, tekintettel arra, hogy milyen gyakran használják a fém AM-et pontosan ilyen belső geometriák előállítására.

A vibrációs és centrifugális köszörülés centrifugális tárcsás vagy hengeres rendszereket használ, amelyekben a centrifugális erő a csiszolóanyagot az alkatrész felületéhez hajtja, hogy nagy{0}}energiát és nagy mennyiségű{1}} kikészítést biztosítson. Fő előnyei közé tartozik:

Gyors anyageltávolítás, így kiválóan alkalmas polírozásra, sorjázásra és él{0}}lekerekítésre;

Alkalmas kis alkatrészek kötegelt feldolgozására, bár az érintett speciális berendezések viszonylag magasabb előzetes költséggel járnak, mint az egyszerűbb eljárások, például a csiszolás vagy a dörzsölés.

Mivel a folyamat intenzívebben koncentrálja az energiát, mint a normál dörzsölés, percek alatt elérheti azt, amit a hagyományos bukfencezésnél órákig tarthat, ami vonzóvá teszi az olyan termelési környezetek számára, ahol az áteresztőképesség legalább annyira számít, mint a felület minősége.

A csiszolóáramú megmunkálás, más néven extrudált hónolás, hidraulikus dugattyú segítségével viszkózus csiszolóanyagot -, amely finom csiszolórészecskékkel van megtöltve - oda-vissza kényszerítve a munkadarab belső felületein, például lyukakon, csatornákon vagy üregeken, precíziós formázást biztosítva belülről kifelé. Ennek a módszernek a jellemzői a következők:

A belső felületi geometria precíz vezérlése, amely képes egyenletes sugarak kialakítására vagy sorja eltávolítására a belső járatokból;

Alkalmazhatóság azokra a területekre, ahol a hagyományos polírozási eljárások nehezen vagy egyáltalán nem érnek el - belső csatornákat és összetett üregeket, amelyek kiváló példája, és ahol a fém 3D-nyomtatás gyakran olyan geometriát hoz létre, amelyhez a hagyományos kikészítés egyszerűen nem fér hozzá;

Szabályozható anyageltávolítás, bár a feldolgozási idő általában hosszabb, mint a mechanikus felületkezelési eljárásoknál, mivel a csiszolóanyag áramlását többször át kell vezetni az alkatrészen a kívánt felület eléréséhez.

A galvanizálás elektromos áram segítségével fémionokat rak le egy oldatból -, például aranyból, ezüstből vagy krómból - az alkatrész felületére, vékony funkcionális vagy dekoratív réteget képezve. Fő céljai közé tartozik a kopásállóság, a korrózióállóság, az elektromos vezetőképesség és az általános megjelenés javítása, ami gyakori választássá teszi, ha egy fém AM alkatrésznek olyan funkcionális tulajdonságokra van szüksége, amelyek túlmutatnak azon, amit az alap nyomtatott anyag képes önmagában biztosítani.

Az elektropolírozás ezzel szemben elektromos áramot használ az anyag feloldására az alkatrész felületéről, csökkentve a felület érdességét a mikroszkopikus csúcsok és völgyek kisimításával. Különösen alkalmas szabálytalan formájú alkatrészek polírozására, ahol a mechanikus polírozószerszámok nehezen tudják fenntartani az egyenletes érintkezést, és jelentősen javíthatja a felület megjelenését és csökkentheti a súrlódással kapcsolatos felületi hibákat.

Mindkét eljárás megköveteli az áramsűrűség és az elektrolit összetételének gondos ellenőrzését a következetes, megismételhető eredmények elérése érdekében. A legfontosabb különbség közöttük az, hogy a galvanizálás egy additív eljárás - anyagot raknak le a felületre -, míg az elektropolírozás kivonó folyamatot - az anyagot eltávolítják a felületről. Ennek a különbségtételnek a megértése a gyakorlatban is fontos, mivel egy adott tűréskövetelményhez nem megfelelő választás esetén vagy nem kívánt vastagság nő, vagy több anyagot távolíthatunk el, mint amennyit egy alkatrész mérettűrése elvisel.

A megmunkálás és a köszörülés CNC-marókat, esztergagépeket és hasonló berendezéseket használ az anyag közvetlen levágására az alkatrészről, amivel nagy-precíziós méret- és alakszabályozás érhető el. Az ezen az úton elérhető felületkezelés elérheti az Ra 0,8 μm alá is, ami olyan simasági szint, amelyhez a legtöbb -nyomtatott vagy média-kikészített felület önmagában nem tud megfelelni.

Az elektromos kisüléses megmunkálás (EDM) elektromos szikrakisülést használ az elektróda és a munkadarab között az anyag erodálására, így kiválóan alkalmas edzett ötvözetek vagy összetett belső üregek megmunkálására, amelyeket vágószerszámmal nehéz elérni. Fő hátránya a feldolgozási sebesség, amely jóval lassabb a hagyományos megmunkálásnál.

Mind a megmunkálás/köszörülés, mind a szikraforgácsolás speciális berendezéseket és képzett kezelőket igényel, és általában szigorú tűréskövetelményekkel rendelkező alkatrészekhez vannak fenntartva - repüléstechnikai alkatrészek, amelyek reprezentatív példája, ahol a méretpontosság és a felület integritása közvetlenül befolyásolja az alkatrész teljesítményét és biztonsági határait.

A fém 3D nyomtatott alkatrész megfelelő befejezési módszerének kiválasztása az alkatrész szerkezeti geometriájától, pontossági követelményeitől és az érintett gyártási mérettől függ. A mechanikai módszerek, például a csiszolás és a homokfúvás kiválóan alkalmasak a gyors, általános-célú felületkezelésre, ahol az átfutási idő fontosabb, mint a lehető legszigorúbb tűréshatárok elérése. A kémiai és elektrokémiai módszereket, például az elektropolírozást és a galvanizálást általában a funkcionális teljesítmény - korrózióállóság, vezetőképesség vagy kopási jellemzők - javítására választják, nem pedig pusztán kozmetikai okokból. A nagy-precíziós folyamatok, például a megmunkálás és a szikraforgácsolás olyan alkatrészek számára vannak fenntartva, amelyeknek szigorú tűréskövetelményeknek kell megfelelniük, ahol a többletköltséget és a feldolgozási időt az alkalmazás kritikussága indokolja.

A valós{0}}gyártás során gyakori, hogy ezen módszerek közül többet kombinálnak egyetlen befejező munkafolyamatban -, például egy alkatrész homokfúvásával a felületi lerakódások eltávolítása és a megjelenés kiegyenlítése érdekében, majd a kritikus illeszkedési felületek célzott megmunkálása, valamint az elektropolírozás, hogy sima felületet és jobb korrózióállóságot érjen el a kész alkatrészen. Ez a fajta többrétegű megközelítés lehetővé teszi a gyártók számára, hogy egyensúlyban tartsák a költségeket, a teljesítményt és a végső alkatrész minőségét, ahelyett, hogy egyetlen utólagos feldolgozási módszerre hagyatkoznának, hogy minden követelményt egyszerre teljesítsenek.