Vanlige innlegg-behandlings- og etterbehandlingsmetoder for 3D-utskrevne metalldeler

Metall 3D-printede deler forlater sjelden byggekammeret i sin endelige brukbare tilstand. Ettersom-trykte overflater vanligvis har synlige laglinjer, sintrede eller delvis smeltede pulverpartikler og bærer-struktur vitnemerker som må adresseres før en del er klar for funksjonell bruk, montering eller estetisk presentasjon. Vanlige etterbehandlingsmetoder for 3D-printede metalldeler inkluderer manuell sliping, sandblåsing, tumbling, vibrerende/sentrifugalsliping, slipende strømningsmaskinering (ekstruderingshoning), galvanisering og elektropolering, og presisjonsmaskinering, sliping og EDM (elektrisk utladningsmaskinering). Spesifikasjonene for hver metode er skissert nedenfor.

Sliping bruker verktøy som sandpapir og filer for å mekanisk slipe en dels overflate direkte for hånd, og det kan forbedre overflateruheten betydelig. Slipte deler kan se overflatefinishen forbedres med en faktor på tre til fem, og metoden er spesielt effektiv til å fjerne laglinjer, skarpe kanter og andre lokaliserte overflatedefekter som er igjen fra utskriftsprosessen. Manuell sliping er fleksibel - en operatør kan fokusere oppmerksomheten akkurat der det er nødvendig, og jobbe rundt kompleks geometri som automatiserte prosesser kan slite med å nå -, men det er relativt arbeidskrevende-og tregt. På grunn av dette har den en tendens til å være best egnet for små produksjonspartier eller til målrettet, lokalisert etterbehandling på spesifikke egenskaper ved en del i stedet for teppebehandling av en hel produksjonsserie.

Sandblåsing bruker trykkluft for å drive et slipende medium - aluminiumoksid, rustfrie stålperler eller glassperler, blant andre alternativer - på en dels overflate med høy hastighet, og gir en jevn matt eller blank finish avhengig av mediet som er valgt. Dens fordeler inkluderer:

Rask fjerning av overflateriper og verktøymerker som er etterlatt fra byggeprosessen;

Ingen endring i en dels dimensjonale nøyaktighet, med prosessering vanligvis fullført på bare noen få minutter;

Justerbar behandlingsintensitet gjennom lufttrykkkontroll - lavere trykk kan brukes til å endre overflatefarge og utseende, mens høyere trykk muliggjør avgrading av skarpe kanter og små fremspring.

Sandblåsing er godt egnet for batchbehandling av deler med komplekse geometrier, siden sprøytemønsteret kan nå inn i fordypninger og rundt konturer som ville være vanskelig tilgjengelige med stive slipeverktøy, noe som gjør det til en av de mer allsidige og mye brukte etterbehandlingsmetodene for AM-metalldeler.

Tumling plasserer deler sammen med et slipende medium - som keramiske medier eller stålmedier - inne i en roterende trommel eller tønne, der mekanisk friksjon mellom delene og mediet jevner ut overflaten over tid. Nøkkelegenskaper ved denne metoden inkluderer:

Den er best egnet for deler med relativt enkle geometrier, for eksempel sylindriske eller blokkformede-komponenter, der tumblingen kan skape jevn kontakt over overflaten;

Flere deler kan behandles samtidig, noe som gir metoden relativt høy gjennomstrømning for batch-etterbehandling;

Effektiviteten på indre overflater eller komplekse strukturer er begrenset, siden tumblingsmediene kanskje ikke kan nå inn i interne kanaler, dype fordypninger eller intrikate gitterstrukturer - en reell begrensning gitt hvor ofte metall AM brukes nøyaktig for å produsere slike interne geometrier.

Vibrasjons- og sentrifugalsliping bruker sentrifugalskive eller sylindriske systemer, der sentrifugalkraft driver slipemedier mot delens overflate for å levere høy-energi, høyt-volum etterbehandling. Dens kjernefordeler inkluderer:

Rask materialefjerning, noe som gjør den godt egnet for polering, avgrading og kant-avrunding;

Egnethet for batch-behandling av små deler, selv om det spesialiserte utstyret som er involvert har en relativt høyere forhåndskostnad enn enklere metoder som sliping eller tumbling.

Fordi prosessen konsentrerer energien mer intenst enn standard tumbling, kan den oppnå på få minutter det konvensjonelle tumbling kan ta timer å oppnå, noe som gjør den attraktiv for produksjonsmiljøer der gjennomstrømning betyr like mye som overflatekvalitet.

Slipende strømningsmaskinering, også kjent som ekstruderhoning, bruker et hydraulisk stempel for å tvinge et viskøst slipemedium - lastet med fine slipende partikler - frem og tilbake gjennom arbeidsstykkets indre overflater, slik som hull, kanaler eller hulrom, for å oppnå presisjonsforming fra innsiden og ut. Kjennetegn ved denne metoden inkluderer:

Nøyaktig kontroll over indre overflategeometri, i stand til å danne konsistente radier eller fjerne grader fra indre passasjer;

Anvendbarhet på områder som er vanskelige eller umulige for tradisjonelle poleringsprosesser å nå - interne kanaler og komplekse hulrom er et godt eksempel, og et område hvor 3D-utskrift av metall ofte produserer geometri som konvensjonell etterbehandling rett og slett ikke har tilgang til;

Kontrollerbar materialfjerning, selv om behandlingstiden har en tendens til å være lengre enn med mekaniske overflatemetoder, siden slipemiddelstrømmen må føres gjennom delen gjentatte ganger for å oppnå ønsket finish.

Elektroplettering bruker en elektrisk strøm til å avsette metallioner fra en løsning - som gull, sølv eller krom - på en dels overflate, og danner et tynt funksjonelt eller dekorativt lag. Hovedformålene inkluderer å forbedre slitestyrke, korrosjonsmotstand, elektrisk ledningsevne og helhetlig utseende, noe som gjør det til et vanlig valg når en AM-metalldel trenger funksjonelle egenskaper utover det det trykte basismaterialet alene kan gi.

Elektropolering, derimot, bruker en elektrisk strøm for å løse opp materiale fra en dels overflate, og reduserer overflateruhet ved å jevne ut mikroskopiske topper og daler. Den er spesielt godt egnet til å polere deler med uregelmessige former, der mekaniske poleringsverktøy sliter med å opprettholde jevn kontakt, og det kan forbedre overflatens utseende betydelig og redusere friksjonsrelaterte overflatedefekter-.

Begge prosessene krever nøye kontroll av strømtetthet og elektrolyttsammensetning for å oppnå konsistente, repeterbare resultater. Den viktigste forskjellen mellom dem er at galvanisering er en additiv prosess - materiale avsettes på overflaten - mens elektropolering er en subtraktiv prosess - materiale fjernes fra overflaten. Å forstå denne forskjellen er viktig i praksis, siden å velge feil for et gitt toleransekrav kan enten legge til uønsket tykkelse eller fjerne mer materiale enn en dels dimensjonale tillatelse kan tolerere.

Maskinering og sliping bruker CNC-freser, dreiebenker og lignende utstyr for å kutte materiale direkte bort fra en del, og oppnå høy-presisjon dimensjons- og formkontroll. Overflatebehandlinger som kan oppnås gjennom denne ruten kan nå under Ra 0,8μm, et jevnhetsnivå som de fleste som-trykte eller media-ferdige overflater ikke kan matche på egen hånd.

Elektrisk utladningsmaskinering (EDM) bruker elektrisk gnistutladning mellom en elektrode og arbeidsstykket for å erodere materiale, noe som gjør det godt egnet til etterbehandling av herdede legeringer eller komplekse indre hulrom som ville være vanskelig å nå med et skjæreverktøy. Dens største ulempe er prosesseringshastigheten, som har en tendens til å være betydelig langsommere enn konvensjonell maskinering.

Både maskinering/sliping og EDM krever spesialisert utstyr og dyktige operatører, og er generelt reservert for deler med strenge toleransekrav - luftfartskomponenter er et representativt eksempel, der dimensjonsnøyaktighet og overflateintegritet direkte påvirker delens ytelse og sikkerhetsmarginer.

Å velge riktig etterbehandlingsmetode for en 3D-trykt metalldel avhenger av delens strukturelle geometri, dens presisjonskrav og produksjonsskalaen som er involvert. Mekaniske metoder som sliping og sandblåsing er godt egnet for rask, generell-overflatebehandling der behandlingstiden er viktigere enn å oppnå de strammeste mulige toleransene. Kjemiske og elektrokjemiske metoder som elektropolering og elektroplettering velges vanligvis for å forbedre funksjonell ytelse - korrosjonsmotstand, ledningsevne eller slitasjeegenskaper - i stedet for rent av kosmetiske årsaker. Høy-presisjonsprosesser som maskinering og EDM er reservert for deler som må oppfylle strenge toleransekrav, der tilleggskostnadene og behandlingstiden rettferdiggjøres av applikasjonens kritikkverdighet.

I den virkelige-verdensproduksjonen er det vanlig å kombinere flere av disse metodene innenfor en enkelt etterbehandlingsarbeidsflyt -, for eksempel sandblåsing av en del for å fjerne overflatebelegg og jevne ut dens utseende, etterfulgt av målrettet maskinering på kritiske sammenkoblingsflater, og etterbehandling med elektropolering for å oppnå både en jevn overflate og forbedret korrosjonsmotstand på den ferdige komponenten. Denne typen lagdelte tilnærminger gjør det mulig for produsenter å balansere kostnader, gjennomstrømning og endelig delkvalitet, i stedet for å stole på en enkelt post-behandlingsmetode for å møte alle krav på en gang.