Phun cát có phù hợp với tất cả các bộ phận in 3D kim loại không?

一, Công việc chính và hạn chế của công nghệ phun cát
1. Mục đích chính của việc phun cát
Phun cát sử dụng khí nén để đẩy các chất mài mòn như cát thạch anh, cát kim cương, hạt thủy tinh và các chất khác lên bề mặt các bộ phận rất nhanh. Điều này có tác dụng sau:
Làm sạch bề mặt: Loại bỏ các chất bẩn như cặn oxit, vết dầu, bột chưa kết dính;
Kiểm soát độ nhám: Thay đổi độ nhám bề mặt (Ra 0,8–6,3 μ m) bằng cách thay đổi kích thước của các hạt mài mòn (80–240 lưới) và áp suất của tia phun (0,2–0,8MPa). Giải phóng ứng suất: Tác động có thể giúp loại bỏ một số ứng suất còn sót lại khi in và giảm nguy cơ biến dạng.
Tiền xử lý lớp phủ: làm cho bề mặt cứng hơn để lớp phủ bám dính tốt hơn (ví dụ phủ hydroxyapatite lên bề mặt cấy ghép hợp kim titan).
2. Việc phun cát không thể làm được
Nguy cơ của các cấu trúc có thành mỏng: Áp suất phản lực có thể làm thay đổi hình dạng hoặc tạo ra các lỗ trên các bộ phận có thành mỏng (độ dày < 0,5 mm). Điểm mù trong xử lý khoang răng phức tạp: Khó lọt vào các lỗ hoặc rãnh bên trong có đường kính dưới 2 mm, bột còn sót lại cần được làm sạch bằng hóa chất.
Nguy cơ hư hỏng bề mặt: Chất mài mòn cứng như cacbua silic có thể làm xước bề mặt kim loại mềm như hợp kim nhôm.
Mất độ chính xác: Phun cát quá nhiều có thể làm hỏng các bộ phận tốt như ren và vi cấu trúc, những phần này sẽ cần được khắc phục bằng gia công CNC sau này.
2, Ảnh hưởng của đặc tính vật liệu đến tính hữu ích của việc phun cát
Độ cứng, độ dẻo và khả năng oxy hóa của các kim loại khác nhau ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn các thông số của quá trình phun cát:
1. Hợp kim titan (Ti6Al4V)
Khả năng ứng dụng: Đây là vật liệu tốt nhất cho cánh động cơ hàng không và thiết bị cấy ghép chỉnh hình vì nó rất chắc chắn và không bị rỉ sét. Phun cát có thể loại bỏ lớp oxit bề mặt và làm cho lớp phủ bám dính tốt hơn.
Tối ưu hóa quy trình:
Chọn chất mài mòn: Sử dụng hạt thủy tinh hoặc cát alumina thay vì silicon cacbua để tránh làm trầy xước bề mặt.
Kiểm soát áp suất: Để giữ cho các công trình có tường mỏng-không bị uốn cong, áp suất phun phải nhỏ hơn 0,4MPa.
Sau khi phun cát, cần rửa bằng axit (HF+HNO3) để loại bỏ các chất mài mòn bám vào. Sau đó, bề mặt được đánh bóng để đạt được độ hoàn thiện-y tế bằng Ra<0.8 μ m.
2. Hợp kim nhôm (AlSi10Mg)
Công dụng: Vì nhẹ nên thường được sử dụng trong các bộ phận của ô tô. Nhưng bề mặt hợp kim nhôm rất dễ bị oxy hóa, việc phun cát cần tìm sự cân bằng giữa sạch và mịn.
Cải tiến quy trình:
Chọn chất mài mòn: cát corundum trắng hoặc cát garnet với các hạt có kích thước 120 đến 180 lưới;
Để giữ cho độ bền mỏi không bị giảm, điều chỉnh áp suất phải nằm trong khoảng từ 0,3 đến 0,5 MPa để giữ cho quá trình thô không trở nên quá tệ.
Để ngăn chặn quá trình tái{0}}oxy hóa, hãy tiến hành xử lý bằng anodizing hoặc phủ lớp phủ ngay sau khi phun cát.
3. Thép không gỉ (316L)
Công dụng: Vì không bị rỉ sét nên là nguyên liệu chính cho thực phẩm và thiết bị hóa chất. Phun cát có thể làm cho bề mặt đồng đều hơn, nhưng bạn cần cẩn thận để không làm hỏng bề mặt bên dưới.
Cải tiến quy trình:
Chọn chất mài mòn: viên thép không gỉ hoặc hạt gốm để giữ ferit không lọt vào hỗn hợp;
Kiểm soát áp suất: 0,5–0,7 MPa, giúp giữ cho thành trong của hố sâu luôn sạch sẽ.
Tiêu chuẩn kiểm nghiệm: Kiểm tra thẩm thấu huỳnh quang (PT) phải được thực hiện sau khi phun cát để đảm bảo không có vết nứt.
4. Hợp kim nhiệt độ cao{1}}trên nền niken (Inconel 718)
Khả năng ứng dụng: Các bộ phận hoạt động ở nhiệt độ cao, như đĩa tuabin trong động cơ máy bay, phải có khả năng xử lý các điều kiện rất khắc nghiệt. Phun cát có thể làm giảm căng thẳng trong quá trình in, tuy nhiên điều quan trọng là phải ngăn chặn sự ăn mòn giữa các hạt.
Cải tiến quy trình:
Chọn chất mài mòn: cát alumina hoặc cát cacbua silic có kích thước hạt từ 80 đến 120 lưới.
Kiểm soát áp suất: 0,6 đến 0,8 MPa để có hiệu ứng làm nhám;
Sau khi phun cát, cần xử lý bằng dung dịch (cách nhiệt 1080 độ trong 1 giờ) để khắc phục mọi hư hỏng xảy ra bên dưới bề mặt.
3, Vấn đề về kết cấu các bộ phận đặt ra cho quy trình phun cát
1. Cấu trúc có-tường mỏng và nhẹ
Trường hợp: Sau khi phun cát, một giá đỡ hàng không cụ thể (có thành dày 0,3mm) đã thay đổi hình dạng 15%, khiến cho việc lắp ráp bị hỏng.
Giải pháp: Sử dụng phương pháp phun cát-áp suất thấp (0,2–0,3 MPa) và thiết bị quay để phân bổ lực tác động một cách đồng đều.
Để tránh hư hỏng cơ học, bạn có thể sử dụng phương pháp đánh bóng hóa học (bằng axit nitric và axit flohydric) hoặc đánh bóng điện phân.
2. Cấu trúc lumen và vi xốp phức tạp
Trường hợp: Sau khi phun cát, tỷ lệ tắc nghẽn bột dư của một vòi phun nhiên liệu nhất định (có đường kính kênh bên trong là 1,5mm) cao tới 30%.
Giải pháp: Để loại bỏ bột hạt lớn, thực hiện sàng lọc rung;
Để đảm bảo bên trong khoang sạch theo tiêu chuẩn ISO 16232-10 Loại 5, chúng tôi sử dụng kết hợp phun cát và làm sạch siêu âm (tần số 40kHz, 10 phút).
3. Bề mặt có chức năng chính xác
Ví dụ, sau quá trình phun cát, độ mịn của khuôn quang học có độ nhám bề mặt Ra<0.2 μ m was lowered to Ra 1.6 μ m, which does not match the standards for injection molding.
Giải pháp: Sử dụng phương pháp đánh bóng lưu biến từ tính (MRF) hoặc đánh bóng bằng chất lỏng để có được độ chính xác-micron;
Xử lý theo từng phần: Phun cát chỉ được sử dụng để làm nhám những phần không hiệu quả, trong khi đánh bóng thủ công chỉ được sử dụng để làm phẳng những phần cần thiết.
4, Tương lai của công nghệ phun cát
1. Điều khiển thông minh
Phát triển: Một hệ thống kết hợp thị giác máy và phản hồi lực, cũng như khả năng thay đổi áp suất và góc phun trong thời gian thực để tránh phun quá mức hoặc phun thiếu.
Máy phun cát IEPCO ở Đức đã đạt đến khả năng điều khiển-vòng kín, có thể giữ tốc độ biến dạng của các bộ phận có thành-mỏng dưới 0,1%.
2. Nâng cấp xanh: Sử dụng chất mài mòn có thể tái chế (chẳng hạn như hạt gốm) và phun cát bằng đá khô để giảm ô nhiễm bụi và chi phí loại bỏ mảnh vụn.
Dữ liệu: So với các phương pháp thông thường, phun cát bằng đá khô sử dụng ít năng lượng hơn 40% và không để lại dư lượng hóa chất, phù hợp với quy tắc REACH.
3. Tích hợp các quy trình tổng hợp
Phát triển: Sử dụng kết hợp phun cát, làm sạch bằng laser, phun plasma và các công nghệ khác để cung cấp một phương pháp xử lý duy nhất cho "làm sạch lớp phủ nhám".
Trường hợp: Quy trình "phun cát + phủ laze" được sử dụng trên một cánh động cơ hàng không nhất định. Điều này giúp giảm thời gian xử lý từ 72 giờ xuống còn 24 giờ.