روش های متداول تصفیه سطح برای پرینت سه بعدی فلز چیست؟

1، ماشینکاری دقیق مکانیکی: از صنعت سنتی تا ارتقاء هوشمند
ماشینکاری دقیق مکانیکی با برداشتن فیزیکی مواد سطوح را تراز می کند. این روش اصلی برای تکمیل پرینت سه بعدی فلزی است. کارهای اصلی که انجام می دهد عبارتند از:
پولیش دستی
استفاده از تجهیزاتی مانند کاغذ سنباده و خمیر پولیش برای صیقل دادن مرحله به مرحله می تواند زبری سطح را تا حد زیادی کاهش دهد (مقدار Ra می تواند از 10 تا 20 میکرومتر به کمتر از 0.8 میکرومتر برسد). از سوی دیگر، این روش بسیار به تجربه عملیاتی بستگی دارد، بسیار تکرارپذیر یا کارآمد نیست و فقط برای تولید دسته‌های کوچک محصولات با ارزش افزوده بالا مانند جواهرات و هنر مناسب است.
سنگ زنی کنترل عددی CNC
استفاده از ابزارهای CNC و ابزارهای برش الماس در کنار هم می تواند تولید سطوح پیچیده را با دقت بسیار بالا (± 0.01 میلی متر) ممکن سازد. اما کار با ویژگی های پیچیده مانند کانال های جریان داخلی و ساختارهای شبکه سخت است زیرا دسترسی به ابزارها سخت است. به عنوان مثال، برای ایجاد حفره های خنک کننده در پره های توربین موتورهای هواپیما، تکنیک ماشینکاری تخلیه الکتریکی (EDM) مورد نیاز است.
سیستم پولیش خودکار
Zhejiang Tuobo و دیگر شرکت‌ها یک سیستم پولیش خودکار روباتی را منتشر کرده‌اند که می‌تواند ساختارهای نگهدارنده و سطوح پولیش را همزمان با استفاده از موقعیت‌یابی بصری سه بعدی و کنترل بازخورد نیرو حذف کند. این سیستم می تواند با روبات های شرکت های مختلف مانند ABB و KUKA کار کند. این 3 تا 5 برابر سریعتر از انجام همان کار با دست است و عدم دقت سطح را زیر 0.05 ± میلی متر نگه می دارد. در زمینه هایی مانند تجهیزات پزشکی و قطعات خودرو بسیار استفاده شده است.
2. عملیات شیمیایی و الکتروشیمیایی: کنترل ریزساختار و افزودن عملکردهای جدید
عملیات شیمیایی سطح یک ماده را با حل کردن یا رسوب کردن آن تغییر می دهد. عملیات اصلی آن عبارتند از:
پولیش با مواد شیمیایی
استفاده از محلول های اسیدی یا قلیایی برای حل انتخابی سطح می تواند از شر عیوب مانند کروی شدن و سرباره که در حین چاپ رخ می دهد خلاص شود. به عنوان مثال، پولیش شیمیایی می تواند سطح ایمپلنت های آلیاژ تیتانیوم را کمتر زبر کند و از 6 تا 12 میکرومتر به 0.2 تا 1 میکرومتر برسد و همچنین می تواند یک لایه غیرفعال ایجاد کند تا آنها را در برابر خوردگی مقاوم کند. این فرآیند تأثیر قابل توجهی در تصفیه سازه های توخالی دارد، اما برای جلوگیری از خوردگی بیش از حد، کنترل دقیق غلظت محلول و دما لازم است.
پولیش الکتروشیمیایی (ECP)
از جریان مستقیم در الکترولیت برای حل انتخابی ریز برآمدگی های سطح فلز استفاده کنید. این باعث می شود سطح به اندازه یک آینه صاف باشد (مقدار Ra می تواند 0.01 میکرومتر یا کمتر باشد). بسیاری از تجهیزات پزشکی از این روش استفاده می کنند. به عنوان مثال، پس از درمان ECP، زبری سطح پروتزهای مفصلی آلیاژ کروم کبالت تا 90٪ کاهش می یابد، مقاومت در برابر سایش سه برابر افزایش می یابد، و الگوهای لایه چاپ را می توان حذف کرد، که الزامات زیست سازگاری را برآورده می کند.
آندایز کردن
فرآیندهای الکترولیتی می توانند پوشش های اکسیدی متراکم (ضخامت 5 تا 20 میکرومتر) را روی آلیاژهای سبک وزن مانند آلیاژهای آلومینیوم ایجاد کنند. این فیلم ها می توانند سختی (تا 500HV) و مقاومت در برابر خوردگی را تا حد زیادی افزایش دهند. به عنوان مثال، پس از عملیات آندایزینگ سخت، اجزای ساختاری هوانوردی می توانند بیش از 5000 ساعت در یک محیط اسپری نمک 3.5٪ NaCl در برابر خوردگی مقاومت کنند. ماهیت ریز متخلخل لایه فیلم همچنین می تواند روان کننده ها را جذب کرده و ضریب اصطکاک را کاهش دهد.
3. فناوری پوشش و آبکاری: ترکیب حفاظت عملکردی و دکوراسیون
فناوری پوشش با رسوب دادن چیزی به صورت فیزیکی یا شیمیایی، یک پوشش محافظ بر روی سطح ایجاد می کند. مراحل اصلی در این فرآیند عبارتند از:
PVD مخفف Physical Vapor Deposition است.
استفاده از بمباران یونی با انرژی بالا برای قرار دادن پوشش‌های سخت مانند TiN و CrN روی سطح زیرلایه. این فرآیند می تواند مقاومت سایشی فولاد قالب را به طور قابل توجهی بهبود بخشد (طول عمر آن را 3-5 برابر افزایش می دهد)، و ضخامت پوشش تنها 1-5 میکرومتر است، بدون اینکه بر دقت ابعادی قطعات تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، یک شرکت از PVD برای پردازش قالب های چاپ سه بعدی استفاده کرد و فرکانس مهر زنی را از 100000 به 500000 بار افزایش داد.
آبکاری و آبکاری شیمیایی
آبکاری از واکنش های الکترولیتی برای رسوب لایه های فلزی (مانند نیکل و مس) روی یک سطح استفاده می کند که احتمال خوردگی و رسانایی آن را کاهش می دهد. از سوی دیگر، آبکاری شیمیایی از واکنش‌های خود{1} کاتالیزوری برای یکنواخت کردن سطح استفاده می‌کند (مانند آبکاری شیمیایی آلیاژ نیکل فسفر). به عنوان مثال، یک شرکت از آبکاری نیکل الکترولس برای چاپ سه بعدی هیت سینک های آلیاژ مس استفاده می کند. این باعث می‌شود به جای 48 ساعت، 1000 ساعت در برابر پاشش نمک مقاوم باشند، در حالی که هنوز رسانایی حرارتی 200 W/(m · K) یا بیشتر دارند.
اسپری و پوشاندن با پودر
پوشش اسپری از جریان هوا با فشار بالا-برای چسباندن پوشش پودری یا مایع به سطح استفاده می‌کند و یک لایه محافظ با ضخامت 20 تا 100 میکرومتر ایجاد می‌کند. از طرف دیگر، پاشش پودر از جذب الکترواستاتیکی برای توزیع یکنواخت پودر استفاده می کند که وقتی خنک می شود یک پوشش ضخیم ایجاد می کند. این روش برای ابزارهای بیرونی، ماشین‌های صنعتی و موقعیت‌های دیگر کار می‌کند. به عنوان مثال، یک شرکت از پوشش پودری برای پردازش عناصر ساختاری فولادی چاپ شده سه بعدی- استفاده می‌کند که باعث می‌شود آنها در برابر پاشش نمک خنثی برای بیش از 2000 ساعت مقاوم باشند.
4. فن آوری های جدید: لیزر و فرآیندهای کامپوزیت نوآوری پیشرو: پرداخت لیزری
استفاده از پرتوهای لیزر با انرژی بالا برای ذوب کردن مواد سطحی در یک منطقه کوچک و سپس جریان دادن به حوضچه مذاب برای تسطیح سطح. این روش می‌تواند روی سطوح منحنی که دسترسی به آن‌ها سخت است و دارای ناحیه تحت تأثیر حرارت کوچک (کمتر یا مساوی 0.1 میلی‌متر) هستند، کار کند. برای مثال، یک شرکت خاص از پولیش لیزری برای پرینت سه بعدی آلیاژهای{5}در دمای بالا مبتنی بر نیکل استفاده می‌کند که زبری سطح را از 8 میکرومتر Ra به 2 میکرومتر کاهش می‌دهد و در عین حال خواص مکانیکی مواد را بدون تغییر حفظ می‌کند.
ماشینکاری جریان ساینده (AFM)
برای صیقل دادن ویژگی‌های پیچیده مانند سوراخ‌های متقاطع و کانال‌های جریان داخلی، مواد ساینده ویسکوالاستیک از طریق محفظه داخلی قطعه جریان می‌یابند. این روش می‌تواند در مکان‌هایی که دسترسی به آن‌ها سخت است، کار کند. به عنوان مثال، یک شرکت از AFM برای پردازش نازل‌های سوخت هوانوردی چاپ‌شده سه بعدی استفاده می‌کند که سطح داخلی را ناهموارتر می‌کند (از Ra 16 میکرومتر تا Ra 1.6 میکرومتر) و یکنواختی جریان را تا 20% بهبود می‌بخشد.
ادغام فرآیندهای ترکیبی
استفاده از بیش از یک روش پردازش برای کار با هم برای افزایش عملکرد. به عنوان مثال، یک شرکت خاص فرآیند ترکیبی «جلیش شیمیایی + آنودایز + پوشش PVD» را برای ایمپلنت‌های آلیاژ تیتانیوم پرینت سه بعدی اتخاذ می‌کند که زبری سطح را تا 0.05 میکرومتر کاهش می‌دهد، مقاومت به خوردگی را تا 5 برابر بهبود می‌بخشد و استحکام پیوند بین پوشش و زیرلایه به 40 مگاپاسکال می‌رسد که نیازهای طولانی مدت را برآورده می‌کند.