پولیش می تواند سطح پرینت سه بعدی فلز را تا چه سطحی بالا ببرد؟

1. زبری سطح: جهش از میکرومتر به نانومتر
زبری سطح یک معیار کلیدی برای سنجش کیفیت سطح یک قطعه است. تأثیر مستقیمی بر میزان مقاومت در برابر خوردگی، نحوه عملکرد آن با اصطکاک و نحوه عملکرد آن با نور دارد. تنظیمات فرآیند، نوع مواد و جهت چاپ همگی در ابتدا تأثیر زیادی بر زبر بودن قطعات فلزی پرینت سه بعدی دارند. به عنوان مثال، زبری سطح قطعات آلیاژ تیتانیوم ساخته شده با روش ذوب بستر پودر لیزری (LPBF) می‌تواند به اندازه Ra15-20 میکرومتر در طول جهت چاپ اندازه‌گیری شود. با این حال، وقتی در جهت چاپ اندازه‌گیری می‌شود، زبری می‌تواند به اندازه Ra8-12 میکرومتر باشد زیرا لایه‌ها محکم‌تر همپوشانی دارند. پولیش می تواند سطح را بسیار صاف تر کند:
پولیش مکانیکی: با استفاده از ماشین های پولیش خودکار و ساینده های الماسی، زبری سطح قطعات آلیاژ آلومینیوم ساخته شده به روش BJ (پاشش چسب) را می توان از Ra2.4 میکرومتر به Ra0.8 میکرومتر یا کمتر کاهش داد که برای اکثر کارهای مونتاژ مکانیکی کافی است. برای نیازهای{3}دقت بالا، مانند پشتیبانی از آینه‌های نوری، پولیش چند مرحله‌ای (صیقل‌کاری درشت → پرداخت ریز → پرداخت فوق‌العاده ریز) می‌تواند زبری سطح را تا Ra0.05 میکرومتر کاهش دهد، که نزدیک به سطح سنگ‌زنی آینه معمولی است.
پولیش شیمیایی: در این روش از محلول های اسیدی یا قلیایی برای حل انتخابی برآمدگی های سطحی استفاده می شود. روی ساختارهای حفره داخلی پیچیده به خوبی کار می کند. به عنوان مثال، زبری سطح استنت های قلبی عروقی فولاد ضد زنگ 316L از Ra6 میکرومتر به Ra0.2 میکرومتر پس از پرداخت شیمیایی رسید. این کار باعث خلاص شدن از شر ریزکره‌های{6}}مثل پیوست‌هایی شد که در حین چاپ ایجاد می‌شدند که خطر ترومبوز را کاهش می‌داد.
پولیش لیزری: با استفاده از پرتوهای لیزر قدرتمند برای ذوب مواد سطحی در یک منطقه کوچک و سپس اجازه دادن به کشش سطحی فلز مایع کار صاف کردن آن را انجام می دهد. مطالعات نشان می‌دهد که به دنبال پنج اسکن لیزری اجزای فولاد ضد زنگ 316L تولید شده با استفاده از روش SLM، زبری سطح از Sa21 میکرومتر به Sa1 میکرومتر کاهش یافت و به نرخ کاهش 96 درصدی دست یافت، بدون اینکه یک لایه آسیب زیرسطحی منتسب به پرداخت مکانیکی باشد.
2. ریزساختار: بهبود از عیوب به تراکم
پولیش نه تنها سطح را بهتر جلوه می دهد، بلکه با از بین بردن ایرادات کوچک، مواد را قوی تر می کند:
بسته شدن ترک: ریزترک هایی که با سرد شدن بیش از حد پرینت سه بعدی فلزی ایجاد می شوند، می توانند تا حدی با فشار پرداخت مکانیکی بسته شوند. به عنوان مثال، پس از پرداخت ارتعاشی، چگالی شکستگی سطح تیغه توربین موتور هوایی خاص تا 40 درصد کاهش یافت و عمر خستگی چرخه بالا تا 25 درصد افزایش یافت.
کاهش تنش پسماند: پولیش شیمیایی با شکستن لایه سطحی، تنش کششی باقیمانده را کاهش می دهد، که از ترک خوردگی ناشی از استرس جلوگیری می کند. عملیات ترشی قطعات آلیاژ تیتانیوم TC4 نشان داد که کشش باقیمانده روی سطح از -150MPa به -50MPa کاهش یافت و میزان خوردگی ناشی از اسپری نمک تا 60٪ کاهش یافت.
پرداخت لیزری می تواند باعث ذوب مجدد سطح شود که می تواند اندازه دانه را یکنواخت تر کند. مطالعات روی آلیاژ با دمای بالا Inconel 718 نشان می‌دهد که پولیش لیزری اندازه دانه‌های سطح را از 50 میکرومتر به 10 میکرومتر اصلاح می‌کند، سختی را تا 15 درصد افزایش می‌دهد و نرخ افزایش وزن اکسیداسیون را در 650 درجه تا 30 درصد کاهش می‌دهد.
3. عملکرد عملکردی: رفتن از ابتدایی به بالاتر-
بهبود کیفیت سطح پس از پولیش{0}}به طور مستقیم با بهینه سازی عملکرد عملکردی مرتبط است:
مقاومت در برابر سایش بهبود یافته: سطوح صاف می‌توانند احتمال تماس اجزای محدب کوچک با یکدیگر را در سطح تماس کاهش دهند. آزمایش اصطکاک بر روی قطعات فولادی بلبرینگ GCr15 نشان داد که پرداخت سطح از Ra1.6 میکرومتر به Ra0.2 میکرومتر باعث شد ضریب اصطکاک از 0.15 به 0.08 کاهش یابد و مقدار سایش تا 70٪ کاهش یابد.
مقاومت بهتر در برابر خوردگی: سطح صاف چسبیدن مواد خورنده را سخت‌تر می‌کند و لایه غیرفعال که در حین پرداخت شیمیایی ایجاد می‌شود، محافظت بیشتری را به آن اضافه می‌کند. پس از پرداخت الکتروشیمیایی، چگالی جریان خوردگی 304 قطعه فولاد ضد زنگ در محلول 3.5% NaCl از 1.2 × 10-5 A/cm² به 2.5 × 10-6 A/cm² کاهش یافت و مقاومت در برابر خوردگی حفره ای 5 برابر افزایش یافت.
عملکرد نوری بهبود یافته: تحقیقات در مورد صیقل دادن آینه های آلیاژ آلومینیوم AlSi10Mg نشان می دهد که وقتی زبری سطح از Ra3.2 میکرومتر به Ra0.05 میکرومتر کاهش می یابد، بازتاب نور مرئی از 85٪ به 92٪ افزایش می یابد که این همان چیزی است که سیستم های ارتباطی لیزری به آن نیاز دارند.
4. کاربرد صنعت: حرکت از آزمایشگاه به کارخانه
تکنیک پولیش به طور گسترده در حوزه هایی که نیاز به استانداردهای کیفیت سطح سختگیرانه دارند استفاده شده است:
هوافضا: پولیش لیزری بر روی نوع خاصی از نازل موتور موشک استفاده می‌شود تا سطح را کمتر زبر کند، از Ra12 میکرومتر تا Ra0.8 میکرومتر. عمر چرخه حرارتی در یک محیط فضایی شبیه سازی شده (محدوده دمایی: -180 درجه تا 300 درجه) از 50 به 200 بار افزایش یافته است.
ایمپلنت های پزشکی: پس از پرداخت شیمیایی، زبری سطح پروتز مفصل ران از آلیاژ تیتانیوم از Ra8 میکرومتر به Ra0.5 میکرومتر رسید. این باعث می‌شود سلول‌ها 40 درصد بهتر به ایمپلنت‌ها بچسبند و استخوان‌ها 30 درصد سریع‌تر با آنها ادغام شوند.
قالب دقیق: پس از پرداخت با سنگ زنی تطبیقی ​​شکل (SAG)، زبری سطح هسته قالب تزریق خودرو به Ra0.02 میکرومتر کاهش می یابد، عمر قالب از 100000 بار به 500000 برابر می شود و براقیت سطح محصول 2 سطح افزایش می یابد.