Các phương pháp xử lý bề mặt phổ biến cho in 3D kim loại là gì?

1, Gia công cơ khí chính xác: từ nghề thủ công truyền thống đến nâng cấp thông minh
Gia công cơ khí chính xác làm phẳng bề mặt bằng cách lấy đi vật liệu. Đây là cách chính để hoàn thiện việc in 3D kim loại. Những điều chính nó làm là:
đánh bóng thủ công
Sử dụng các thiết bị như giấy nhám và bột đánh bóng để đánh bóng từng bước có thể làm giảm đáng kể độ nhám của bề mặt (giá trị Ra có thể từ 10–20 μm đến dưới 0,8 μm). Mặt khác, quy trình này phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm vận hành, không có tính lặp lại hoặc hiệu quả cao và chỉ phù hợp để tạo ra các lô nhỏ sản phẩm có-giá trị gia tăng-cao như đồ trang sức và tác phẩm nghệ thuật.
Mài điều khiển số CNC
Sử dụng máy công cụ CNC và dụng cụ cắt kim cương cùng nhau có thể tạo ra các bề mặt phức tạp với độ chính xác rất cao (± 0,01mm). Nhưng thật khó để làm việc với các đặc điểm phức tạp như kênh dòng chảy bên trong và cấu trúc mạng vì khó có được các công cụ. Ví dụ, kỹ thuật gia công phóng điện (EDM) là cần thiết để tạo ra các lỗ làm mát trên cánh tuabin của động cơ máy bay.
Hệ thống đánh bóng tự động
Chiết Giang Tuobo và các công ty khác đã phát hành một hệ thống đánh bóng tự động bằng robot có thể loại bỏ các cấu trúc hỗ trợ và đánh bóng bề mặt cùng lúc bằng cách sử dụng định vị trực quan 3D và kiểm soát phản hồi lực. Hệ thống này có thể hoạt động với robot của các công ty khác nhau, như ABB và KUKA. Nó nhanh hơn 3–5 lần so với thực hiện cùng một công việc bằng tay và giữ độ chính xác bề mặt dưới ± 0,05mm. Nó đã được sử dụng rất nhiều trong các lĩnh vực như thiết bị y tế và phụ tùng xe hơi.
2. Xử lý hóa học và điện hóa: kiểm soát vi cấu trúc và bổ sung thêm chức năng mới
Xử lý hóa học làm thay đổi bề mặt của vật liệu bằng cách hòa tan hoặc lắng đọng nó. Hoạt động chính của nó là:
đánh bóng bằng hóa chất
Sử dụng dung dịch axit hoặc kiềm để hòa tan bề mặt một cách có chọn lọc có thể loại bỏ các khuyết tật như hiện tượng hình cầu và xỉ xảy ra trong quá trình in. Ví dụ, đánh bóng bằng hóa chất có thể làm cho bề mặt của bộ phận cấy ghép bằng hợp kim titan bớt nhám hơn, từ 6–12 μm đến 0,2–1 μm và nó cũng có thể tạo ra một lớp thụ động để giúp chúng có khả năng chống ăn mòn cao hơn. Quá trình này có tác dụng đáng kể trong việc xử lý các cấu trúc rỗng, nhưng cần phải kiểm soát chặt chẽ nồng độ và nhiệt độ dung dịch để tránh ăn mòn quá mức.
Đánh bóng điện hóa (ECP)
Sử dụng dòng điện một chiều trong chất điện phân để hòa tan có chọn lọc các vi hạt nhô ra trên bề mặt kim loại. Điều này sẽ làm cho bề mặt mịn như gương (giá trị Ra có thể là 0,01 μm hoặc nhỏ hơn). Rất nhiều thiết bị y tế sử dụng phương pháp này. Ví dụ, sau khi xử lý ECP, độ nhám bề mặt của khớp giả bằng hợp kim crom coban giảm 90%, khả năng chống mài mòn tăng gấp ba lần và có thể loại bỏ các mẫu lớp in, đáp ứng các yêu cầu về khả năng tương thích sinh học.
anod hóa
Quá trình điện phân có thể tạo ra lớp phủ oxit dày đặc (dày 5–20 μm) trên các hợp kim nhẹ như hợp kim nhôm. Những màng này có thể làm tăng đáng kể độ cứng (lên tới 500HV) và khả năng chống ăn mòn. Ví dụ, sau khi xử lý anodizing cứng, các bộ phận kết cấu hàng không có thể chịu được sự ăn mòn trong hơn 5000 giờ trong môi trường phun muối NaCl 3,5%. Bản chất vi mô của lớp màng cũng có thể hấp thụ chất bôi trơn và làm giảm hệ số ma sát.
3. Công nghệ phủ và mạ: Kết hợp chức năng bảo vệ và trang trí
Công nghệ phủ tạo ra một lớp phủ bảo vệ trên bề mặt bằng cách lắng đọng một chất vật lý hoặc hóa học nào đó. Các bước chính trong quá trình này là:
PVD là viết tắt của Lắng đọng hơi vật lý.
Sử dụng phương pháp bắn phá ion năng lượng cao-để tạo ra các lớp phủ cứng như TiN và CrN lên bề mặt chất nền. Quá trình này có thể cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn của thép khuôn (kéo dài tuổi thọ của nó lên 3-5 lần) và độ dày lớp phủ chỉ 1-5 μ m mà không ảnh hưởng đến độ chính xác về kích thước của các bộ phận. Chẳng hạn, một công ty đã sử dụng PVD để xử lý khuôn in 3D và tăng tần suất dập từ 100.000 lên 500.000 lần.
Mạ điện và mạ hóa học
Mạ điện sử dụng các phản ứng điện phân để lắng đọng các lớp kim loại (như Ni và Cu) trên bề mặt, khiến nó ít bị ăn mòn và dẫn điện hơn. Mặt khác, mạ hóa học sử dụng các phản ứng-tự xúc tác để làm cho bề mặt trở nên đồng đều (như mạ hợp kim niken hóa học phốt pho). Ví dụ, một công ty sử dụng lớp mạ niken điện phân để in 3D tản nhiệt bằng hợp kim đồng. Điều này giúp chúng có khả năng chống phun muối trong 1.000 giờ thay vì 48 giờ, trong khi vẫn có độ dẫn nhiệt từ 200 W/(m · K) trở lên.
Phun và phủ bột
Lớp phủ phun sử dụng luồng không khí áp suất-cao để dính lớp phủ bột hoặc chất lỏng lên bề mặt, tạo ra lớp bảo vệ dày 20–100 μm. Mặt khác, phun bột sử dụng khả năng hấp phụ tĩnh điện để phân bố đều bột, tạo thành một lớp phủ dày khi nguội đi. Phương pháp này áp dụng được cho các dụng cụ ngoài trời, máy công nghiệp và các tình huống khác. Ví dụ: một công ty sử dụng lớp phủ bột để xử lý các phần tử kết cấu thép được in 3D{7}}, giúp chúng có khả năng chống lại phun muối trung tính trong hơn 2000 giờ.
4. Công nghệ mới: Quy trình Laser và Composite dẫn đầu Đổi mới: Đánh bóng bằng Laser
Sử dụng chùm tia laze năng lượng cao-để làm tan chảy các vật liệu bề mặt trong một khu vực nhỏ, sau đó cho chảy vào hồ nóng chảy để san bằng bề mặt. Phương pháp này có thể hoạt động trên các bề mặt cong khó tiếp cận và có vùng chịu tác động nhiệt nhỏ (Nhỏ hơn hoặc bằng 0,1mm). Ví dụ: một doanh nghiệp nào đó sử dụng phương pháp đánh bóng bằng laze để in 3D các hợp kim có nhiệt độ cao-làm từ niken, giảm độ nhám bề mặt từ Ra 8 μ m xuống Ra 2 μ m trong khi vẫn duy trì các đặc tính cơ học của vật liệu không thay đổi.
Gia công dòng chảy mài mòn (AFM)
Để đánh bóng các đặc điểm phức tạp như lỗ chéo và kênh dòng chảy bên trong, vật liệu mài mòn đàn hồi nhớt được chảy qua khoang bên trong của bộ phận. Quy trình này có thể hiệu quả ở những nơi khó tiếp cận. Ví dụ: một công ty sử dụng AFM để xử lý các vòi phun nhiên liệu hàng không được in 3D{3}}, giúp bề mặt bên trong bớt gồ ghề hơn (từ Ra 16 μ m đến Ra 1,6 μ m) và cải thiện độ đồng đều của dòng chảy lên 20%.
Tích hợp các quy trình tổng hợp
Sử dụng nhiều phương pháp xử lý để làm việc cùng nhau nhằm tăng hiệu suất. Ví dụ: một doanh nghiệp nào đó áp dụng quy trình kết hợp "đánh bóng hóa học+anodizing+lớp phủ PVD" cho bộ cấy hợp kim titan in 3D, giúp giảm độ nhám bề mặt xuống Ra 0,05 μ m, cải thiện khả năng chống ăn mòn lên 5 lần và độ bền liên kết giữa lớp phủ và chất nền đạt 40MPa, đáp ứng các yêu cầu dịch vụ lâu dài của bộ cấy chỉnh hình.