Na akú úroveň môže leštenie pozdvihnúť povrch kovovej 3D tlače?

1. Drsnosť povrchu: skok z mikrometrov na nanometre
Drsnosť povrchu je kľúčovým meradlom kvality povrchu dielu. Má priamy vplyv na to, ako dobre odoláva korózii, ako dobre funguje s trením a ako dobre funguje so svetlom. Nastavenia procesu, typ materiálu a smer tlače, to všetko má veľký vplyv na to, aké drsné sú na začiatku kovové 3D tlačené diely. Napríklad drsnosť povrchu častí z titánovej zliatiny vyrobených metódou tavenia laserového prášku (LPBF) môže byť až Ra15–20 μm, keď sa meria v smere tlače. Pri meraní v smere tlače však môže byť drsnosť taká nízka ako Ra8–12 μm, pretože vrstvy sa tesnejšie prekrývajú. Leštenie môže urobiť povrch oveľa hladším:
Mechanické leštenie: Pomocou automatických leštiacich strojov a diamantových brúsiv možno drsnosť povrchu dielov z hliníkovej zliatiny vyrobených metódou BJ (nástrekovanie lepidla) znížiť z Ra2,4 μm na Ra0,8 μm alebo menej, čo je dosť dobré pre väčšinu úloh mechanickej montáže. Pre potreby vysokej-presnosti, ako sú podpery pre optické zrkadlá, môže viacstupňové leštenie (hrubé leštenie → jemné leštenie → ultra jemné leštenie) znížiť drsnosť povrchu na Ra0,05 μm, čo je blízko k úrovni typického zrkadlového brúsenia.
Chemické leštenie: Táto metóda využíva kyslé alebo alkalické roztoky na selektívne rozpustenie povrchových hrbolčekov. Funguje dobre na zložitých štruktúrach vnútorných dutín. Napríklad drsnosť povrchu kardiovaskulárnych stentov z nehrdzavejúcej ocele 316L sa po chemickom leštení zmenila z Ra6 μm ​​na Ra0,2 μm. Tým sa odstránili mikrosféry-ako nástavce, ktoré sa vytvorili počas tlače, čím sa znížilo riziko trombózy.
Laserové leštenie: Použitie výkonných laserových lúčov na roztavenie povrchových materiálov na malej ploche a následné vyhladenie povrchového napätia tekutého kovu. Štúdie ukazujú, že po piatich laserových skenoch komponentov z nehrdzavejúcej ocele 316L vyrobených metódou SLM sa drsnosť povrchu zmenšila z Sa21 μm na Sa1 μm, čím sa dosiahla miera redukcie 96 %, bez vytvorenia podpovrchovej vrstvy poškodenia, ktorú možno pripísať mechanickému lešteniu.
2. Mikroštruktúra: Zlepšenie od defektov po zhustenie
Leštenie nielenže robí povrch lepším vzhľadom, ale tiež robí materiál pevnejším tým, že ho zbavuje drobných nedostatkov:
Uzavretie trhlín: Mikrotrhliny, ktoré vznikajú, keď kovová 3D tlač príliš rýchlo ochladzuje, možno čiastočne uzavrieť mechanickým leštiacim tlakom. Napríklad po vibračnom leštení sa hustota lomu povrchu určitej turbínovej lopatky leteckého motora znížila o 40 % a životnosť pri vysokocyklovej únave sa zvýšila o 25 %.
Uvoľnenie zvyškového napätia: Chemické leštenie uvoľňuje zvyškové napätie v ťahu rozrušením povrchovej vrstvy, čo zabraňuje praskaniu koróziou pod napätím. Morenie dielov z titánovej zliatiny TC4 ukázalo, že zvyškové napätie na povrchu kleslo z -150 MPa na -50 MPa a rýchlosť korózie zo soľnej hmly klesla o 60 %.
Laserové leštenie môže spôsobiť pretavenie povrchu, čo môže spôsobiť rovnomernejšiu veľkosť zrna. Štúdie na vysokoteplotnej zliatine Inconel 718 ukazujú, že laserové leštenie zjemňuje veľkosť povrchových zŕn z 50 μm na 10 μm, zvyšuje tvrdosť o 15 % a znižuje mieru prírastku oxidačnej hmotnosti pri 650 stupňoch o 30 %.
3. Funkčný výkon: prechod od základného po špičkový-end
Zlepšenie kvality povrchu po-leštení priamo súvisí s optimalizáciou funkčného výkonu:
Vylepšená odolnosť proti opotrebovaniu: Hladšie povrchy môžu znížiť pravdepodobnosť vzájomného dotyku drobných konvexných entít na kontaktnom povrchu. Skúška trenia na súčiastkach z ocele ložiska GCr15 ukázala, že leštením povrchu z Ra1,6 μm na Ra0,2 μm sa koeficient trenia znížil z 0,15 na 0,08 a množstvo opotrebovania sa znížilo o 70 %.
Lepšia odolnosť proti korózii: Hladký povrch sťažuje priľnavosť korozívnych látok a pasivačný film, ktorý vzniká pri chemickom leštení, dodáva ešte väčšiu ochranu. Po elektrochemickom leštení hustota korózneho prúdu 304 častí z nehrdzavejúcej ocele v 3,5 % roztoku NaCl klesla z 1,2 × 10 ⁻⁵ A/cm ² na 2,5 × 10 ⁻⁶ A/cm ² a odolnosť voči bodovej korózii sa zvýšila 5-krát.
Zlepšený optický výkon: Výskum leštenia zrkadiel z hliníkovej zliatiny AlSi10Mg ukazuje, že keď sa drsnosť povrchu zníži z Ra3,2 μm na Ra0,05 μm, odrazivosť viditeľného svetla sa zvýši z 85 % na 92 ​​%, čo je to, čo laserové komunikačné systémy potrebujú.
4. Priemyselná aplikácia: Presun z laboratória do továrne
Technika leštenia sa vo veľkej miere využíva v oblastiach, ktoré si vyžadujú prísne normy kvality povrchu:
Letectvo: Laserové leštenie sa používa na určitom type trysky raketového motora, aby bol povrch menej drsný, od Ra12 μm do Ra0,8 μm. Životnosť tepelného cyklu v simulovanom vesmírnom prostredí (teplotný rozsah: -180 stupňov až 300 stupňov) sa zvýšila z 50 na 200-krát.
Lekárske implantáty: Po chemickom leštení sa drsnosť povrchu protézy bedrového kĺbu z titánovej zliatiny zmenila z Ra8 μm na Ra0,5 μm. Vďaka tomu sa bunky prilepili na implantáty o 40 % lepšie a kosti sa s nimi integrovali o 30 % rýchlejšie.
Presná forma: Po vyleštení tvarovo adaptívnym brúsením (SAG) sa drsnosť povrchu jadra automobilovej vstrekovacej formy zníži na Ra0,02 μm, životnosť formy sa zvýši zo 100 000-krát na 500 000-krát a lesk povrchu produktu sa zvýši o 2 úrovne.