Aká je úloha chemického leštenia pri 3D tlači kovov?

一, Hlavnou myšlienkou chemického leštenia je selektívne rozpustenie a opätovné vytvorenie povrchu.
Oxidačne-redukčná interakcia medzi chemickými činidlami (ako sú kyslé alebo alkalické roztoky) a kovovým povrchom spôsobuje, že sa povrchová vrstva počas chemického leštenia rozpúšťa regulovaným spôsobom. Jeho hlavné časti sú:
Mikroskopické výčnelky sa ľahšie rozpúšťajú: Keď je povrch nerovný (ako keď sú prítomné stopy po prekrytí zvarového kúpeľa alebo neroztopené častice prášku), dochádza k javu „výčnelok sa prednostne rozpúšťa“, pretože existuje viac exponovanej oblasti a rýchlejšia rýchlosť chemickej reakcie.
Vyrovnávanie pomocou povrchového napätia: Keď sa kovové ióny rozpustia, prechádzajú do konkávnych miest kvôli povrchovému napätiu. Po vytvrdnutí sa tak vytvorí hladký a rovný povrch. Napríklad chemické leštenie môže znížiť drsnosť povrchu (Ra) 3D tlačenej titánovej zliatiny zo 6–12 μm na 0,2–1 μm, čo je v rámci kritérií biokompatibility potrebných pre lekárske implantáty.
Odstránenie chybnej vrstvy: Chemickým leštením je možné presne odstrániť neroztopené častice prášku, ktoré sú prilepené na povrchu (približne 70 μm hrubé), čo zabraňuje poškodeniu pod povrchom, ku ktorému môže dôjsť pri štandardnom mechanickom leštení. Singapurskí výskumníci vytvorili nový spôsob leštenia nehrdzavejúcej ocele 316L, ktorý využíva vysokonapäťové impulzy a tradičné elektrochemické leštenie, aby bol povrch menej drsný. Nová metóda zachováva energiu-absorbujúce vlastnosti pôvodnej mriežkovej štruktúry.
2, Hlavným účelom chemického leštenia je zlepšiť povrch a urobiť ho užitočnejším.
1. Zlepšenie kvality povrchu: obchádzanie geometrických limitov a leštenie zložitých štruktúr
Pokiaľ ide o leštenie, s komplikovanými geometrickými tvarmi kovovej 3D tlače, ako sú mriežky, vnútorné kanály a porézne štruktúry, môže byť ťažké pracovať. Chemické leštenie, ktoré nevyžaduje kontakt, je teraz najlepším spôsobom, ako zvládnuť tieto druhy štruktúr:
Leštenie vnútorných kanálov: Chemické činidlá môžu preniknúť do vnútorných kanálov, ktoré sú široké len niekoľko mikrometrov, aby sa zbavili otrepov vytvorených prekrývaním tavného kúpeľa. Napríklad po chemickom leštení zníži vnútorný prietokový kanál palivovej dýzy v motore lietadla odpor prúdenia o 15 % a motor spotrebuje menej paliva.
Optimalizácia poréznej štruktúry: Chemické leštenie môže odstrániť uvoľnené sférické vrstvy na povrchu pórov lekárskych implantátov, ako sú bedrové misky a medzitelové fúzne zariadenia. To uľahčuje priľnutie kostných buniek k implantátom. Štúdie ukazujú, že drsnosť povrchu leštenej poréznej titánovej zliatiny je znížená o 90%, zatiaľ čo miera integrácie kosti je zvýšená o 40%.
Chemické leštenie môže fungovať na akomkoľvek tvare dielu, a preto môže fungovať aj na povrchoch s voľnými{0}}tvarmi. Napríklad chemické leštenie vyhladilo komplikovaný aerodynamický povrch 3D tlačených lopatiek turbíny o 10 μm až 1 μm a zvýšilo ich aerodynamický výkon o 8 %.
2. Zlepšenie mechanického výkonu: zbavte sa chýb a predĺžte životnosť
Únavové trhliny v kovových 3D tlačených predmetoch začínajú povrchovými chybami. Chemické leštenie zlepšuje mechanické vlastnosti nasledujúcimi spôsobmi:
zníženie zvyškového napätia: Chemické leštenie môže čiastočne znížiť zvyškové napätie spôsobené tlačou rozpustením malých oblastí. Napríklad chemické leštenie môže predĺžiť životnosť 3D tlačených niklových-vysokoteplotných{3}}zliatín na báze niklu z 5 000 cyklov na 12 000 cyklov.
Odstránenie príčiny prasklín: Prekrývajúce sa stopy neroztopených častíc prášku a roztaveného kúpeľa sú bežné miesta, kde vznikajú praskliny. Chemické leštenie môže vyriešiť tieto problémy a zvýšiť prah rastu únavových trhlín o 30 %.
Povrchové zhutnenie: Povrchová vrstva sa po chemickom leštení stáva hustejšou, pretože prebieha proces rozpúšťania a následného tuhnutia. Napríklad po chemickom leštení klesne pórovitosť 3D-vytlačenej zliatiny kobaltu a chrómu z 0,8 % na 0,02 % a jej odolnosť proti korózii sa päťnásobne zvýši.
3. Optimalizácia biokompatibility: spĺňa prísne medicínske štandardy
Lekárske implantáty musia mať veľmi hladký povrch a musia byť biokompatibilné. Chemické leštenie slúži potrebám medicíny nasledujúcimi spôsobmi:
Drsné povrchy sa môžu ľahko stať úkrytom pre baktérie, preto ich udržiavajte čisté. Chemické leštenie môže povrchy vyhladzovať až na sub-mikrónovú úroveň, čo výrazne znižuje riziko infekcie. Po chemickom leštení sa napríklad prichytenie Staphylococcus aureus na kolenné implantáty vyrobené z 3D-tlačenej titánovej zliatiny znížilo o 90 %.
Kontrolujte uvoľňovanie iónov: Keď čokoľvek leštíte mechanicky, môže sa pridať kontaminant, ktorý spôsobí, že sa nebezpečné ióny (napríklad ióny niklu) uvoľnia príliš veľa. Chemické leštenie čistí povrch iba pomocou chemických reakcií, čo zaisťuje, že uvoľňovanie iónov spĺňa požiadavku biokompatibility ISO 10993.
Podpora regenerácie tkaniva: Hladké povrchy môžu pomôcť bunkám zlepiť sa a znížiť imunologické reakcie. Štúdie ukazujú, že rýchlosť rastu osteoblastov na povrchu chemicky leštenej 3D tlačenej poréznej titánovej zliatiny je dvojnásobná.
3, Využitie chemického leštenia v priemysle: od testovania prototypov až po výrobu finálnych produktov
1. Letectvo: Robiť veci spoľahlivejšie v drsných podmienkach
Lopatky leteckých motorov, spaľovacie komory a ďalšie časti musia byť schopné zvládnuť extrémne teploty, tlaky a korozívne podmienky. Chemické leštenie predĺži životnosť dielov zlepšením stavu povrchu.
Lopatky turbíny: Chemickým leštením sa môžete zbaviť stôp, ktoré na povrchu lopatiek zanechala roztavená kaluž, a spomaliť proces vysoko-oxidácie. Po chemickom leštení zvládnu napríklad lopatky turbíny motora GE Aviation LEAP teploty o 50 stupňov vyššie a vydržia o 20 % dlhšie.
Chemickým leštením sa môžete zbaviť mikrotrhlín na vnútornej strane vložky spaľovacej komory, vďaka čomu lepšie zvláda tepelné namáhanie. 1000-stupňový tepelný cyklický test ukázal, že miera šírenia trhlín na vložkách zo zliatiny lešteného niklu-je o 60 % nižšia.
2. Lekárske implantáty: vďaka nim sú jedinečné a užitočné
Chemické leštenie je najdôležitejšou súčasťou lekárskej 3D tlače post-spracovania. Podporuje celý proces, od prispôsobenia návrhov až po ich fungovanie:
Ortopedické implantáty, ako sú bedrové misky a medzitelové fúzne zariadenia, sú vyrobené tak, aby sa prispôsobili telu pacienta a potrebujú chemické leštenie, aby sa dosiahla správna rovnováha medzi hladkosťou a integráciou kosti. Napríklad zariadenie DePuy Synthes spoločnosti Johnson&Johnson z 3D tlačenej medzitelovej fúzie z titánovej zliatiny má po chemickom leštení drsnosť povrchu 0,8 μm a klinickú úspešnosť viac ako 95 %.
Kardiovaskulárny stent: Chemické leštenie môže odstrániť otrepy na povrchu stentu a znížiť riziko trombózy. Po chemickom leštení sa drsnosť povrchu 3D tlačeného stentu z niklovej titánovej zliatiny Boston Scientific znížila z 5 μm na 0,5 μm a rýchlosť endotelizácie sa zvýšila o 30 %.
3. Priemyselné zariadenia: znížte náklady na údržbu a urobte veci lepšie
Chemické leštenie zlepšuje stav povrchov, čím sa znižuje trenie a spotreba energie priemyselných zariadení.
Výroba foriem: Po chemickom leštení sa drsnosť povrchu 3D tlačených vstrekovacích foriem pohybuje od 8 μm do 0,5 μm, sila potrebná na odstránenie formy sa zníži o 40 % a forma vydrží trikrát dlhšie.
Chemické leštenie môže odstrániť otrepy v prietokovom kanáli telesa ventilu a uľahčiť prietok tekutín. Napríklad po chemickom leštení 3D-vytlačené telo hydraulického ventilu Caterpillar znižuje stratu tlaku o 15 % a zvyšuje účinnosť systému o 8 %.