Fælles post-behandlings- og efterbehandlingsmetoder for metal 3D-printede dele

Metal 3D-printede dele forlader sjældent byggekammeret i deres endelige brugbare tilstand. Da-trykte overflader typisk bærer synlige laglinjer, sintrede eller delvist smeltede pulverpartikler og understøtter-strukturmærker, der skal behandles, før en del er klar til funktionel brug, montering eller æstetisk præsentation. Almindelige efterbehandlingsmetoder for metal 3D-printede dele omfatter manuel slibning, sandblæsning, tromling, vibrerende/centrifugalslibning, slibende flowbearbejdning (ekstrudering), galvanisering og elektropolering, og præcisionsbearbejdning, slibning og EDM (elektrisk udladningsbearbejdning). De nærmere specifikationer for hver metode er beskrevet nedenfor.

Slibning bruger værktøjer som sandpapir og filer til mekanisk at slibe en dels overflade direkte i hånden, og det kan forbedre overfladens ruhed betydeligt. Slibede dele kan se overfladefinish forbedres med en faktor tre til fem, og metoden er særlig effektiv til at fjerne laglinjer, skarpe kanter og andre lokale overfladefejl, der er tilbage fra trykprocessen. Manuel slibning er fleksibel - en operatør kan fokusere opmærksomheden præcis, hvor det er nødvendigt, og arbejde omkring kompleks geometri, som automatiserede processer måske har svært ved at nå -, men det er forholdsvis arbejdskrævende-og langsomt. På grund af dette plejer det at være bedst egnet til små produktionspartier eller til målrettet, lokaliseret efterbehandling på specifikke træk ved en del frem for tæppebehandling af en hel produktionsserie.

Sandblæsning bruger trykluft til at drive et slibende medium - aluminiumoxid, rustfri stålperler eller glasperler, blandt andre muligheder - på en dels overflade med høj hastighed, hvilket giver en ensartet mat eller blank finish afhængigt af det valgte medie. Dens fordele omfatter:

Hurtig fjernelse af overfladeridser og værktøjsmærker efterladt fra byggeprocessen;

Ingen ændring af en dels dimensionsnøjagtighed, idet behandlingen typisk afsluttes på få minutter;

Justerbar behandlingsintensitet gennem lufttrykskontrol - lavere tryk kan bruges til at ændre overfladefarve og udseende, mens højere tryk muliggør afgratning af skarpe kanter og små fremspring.

Sandblæsning er velegnet til batchbearbejdning af dele med komplekse geometrier, da sprøjtemønsteret kan nå ind i fordybninger og rundt om konturer, der ville være vanskelige at få adgang til med stive slibeværktøjer, hvilket gør det til en af ​​de mere alsidige og udbredte efterbehandlingsmetoder til metal AM-dele.

Tumling placerer dele sammen med et slibende medium - såsom keramiske medier eller stålmedier - inde i en roterende tromle eller tønde, hvor mekanisk friktion mellem delene og mediet udglatter overfladen over tid. Nøglekarakteristika ved denne metode omfatter:

Den er bedst egnet til dele med relativt enkle geometrier, såsom cylindriske eller blokformede-komponenter, hvor tumblingen kan skabe ensartet kontakt på tværs af overfladen;

Flere dele kan bearbejdes samtidigt, hvilket giver metoden relativt høj gennemstrømning til batch efterbehandling;

Dets effektivitet på indvendige overflader eller komplekse strukturer er begrænset, da tumblingsmediet muligvis ikke er i stand til at nå ind i interne kanaler, dybe fordybninger eller indviklede gitterstrukturer - en reel begrænsning i betragtning af, hvor ofte metal AM bruges præcist til at producere sådanne interne geometrier.

Vibratorisk og centrifugal slibning bruger centrifugalskive eller cylindriske systemer, hvor centrifugalkraft driver slibende medier mod delens overflade for at levere høj-energi, høj-volumen efterbehandling. Dens kernefordele omfatter:

Hurtig materialefjernelse, hvilket gør den velegnet til polering, afgratning og kant-afrunding;

Egnethed til batchforarbejdning af små dele, selvom det involverede specialiserede udstyr har en forholdsvis højere forudgående pris end simplere metoder som slibning eller tumbling.

Fordi processen koncentrerer energien mere intenst end standard tumbling, kan den opnå på få minutter, hvad konventionel tumling kan tage timer at udføre, hvilket gør den attraktiv for produktionsmiljøer, hvor gennemløbet betyder lige så meget som overfladekvaliteten.

Slibende flowbearbejdning, også kendt som ekstruderhoning, bruger et hydraulisk stempel til at tvinge et tyktflydende slibende medium - fyldt med fine slibende partikler - frem og tilbage gennem et emnes indvendige overflader, såsom huller, kanaler eller hulrum, for at opnå præcisionsformning indefra og ud. Karakteristika ved denne metode omfatter:

Præcis kontrol over indre overfladegeometri, i stand til at danne ensartede radier eller fjerne grater fra indvendige passager;

Anvendelighed til områder, hvor det er vanskeligt eller umuligt for traditionelle poleringsprocesser at nå - interne kanaler og komplekse hulrum, som et godt eksempel, og et område, hvor metal 3D-printning ofte producerer geometri, som konventionel efterbehandling simpelthen ikke kan få adgang til;

Kontrollerbar materialefjernelse, selvom behandlingstiden har en tendens til at være længere end ved mekaniske overflademetoder, da slibemiddelstrømmen skal føres gennem delen gentagne gange for at opnå den ønskede finish.

Galvanisering bruger en elektrisk strøm til at afsætte metalioner fra en opløsning - såsom guld, sølv eller krom - på en dels overflade og danner et tyndt funktionelt eller dekorativt lag. Dens hovedformål omfatter forbedring af slidstyrke, korrosionsbestandighed, elektrisk ledningsevne og overordnet udseende, hvilket gør det til et almindeligt valg, når en metal AM-del har brug for funktionelle egenskaber ud over, hvad det trykte basismateriale alene kan give.

Elektropolering, derimod, bruger en elektrisk strøm til at opløse materiale fra en dels overflade, hvilket reducerer overfladens ruhed ved at udjævne mikroskopiske toppe og dale. Det er særligt velegnet til at polere dele med uregelmæssige former, hvor mekaniske poleringsværktøjer har svært ved at opretholde ensartet kontakt, og det kan forbedre overfladens udseende betydeligt og reducere friktions-relaterede overfladefejl.

Begge processer kræver omhyggelig kontrol af strømtæthed og elektrolytsammensætning for at opnå ensartede, gentagelige resultater. Den vigtigste skelnen mellem dem er, at galvanisering er en additiv proces - materiale afsættes på overfladen - mens elektropolering er en subtraktiv proces - materiale fjernes fra overfladen. Det er vigtigt at forstå denne skelnen i praksis, da valg af den forkerte til et givet tolerancekrav enten kan tilføje uønsket tykkelse eller fjerne mere materiale, end en dels dimensionelle tillæg kan tolerere.

Bearbejdning og slibning bruger CNC-fræsere, drejebænke og lignende udstyr til direkte at skære materiale væk fra en del, hvilket opnår høj-nøjagtig dimensions- og formkontrol. Overfladefinisher, der kan opnås gennem denne rute, kan nå under Ra 0,8 μm, et niveau af glathed, som de fleste som-trykte eller medie--færdige overflader ikke kan matche i sig selv.

Elektrisk udladningsbearbejdning (EDM) bruger elektrisk gnistudladning mellem en elektrode og arbejdsemnet til at erodere materiale, hvilket gør det velegnet til efterbehandling af hærdede legeringer eller komplekse indre hulrum, som ville være svære at nå med et skærende værktøj. Dens største ulempe er behandlingshastigheden, som har tendens til at være betydeligt langsommere end konventionel bearbejdning.

Både bearbejdning/slibning og EDM kræver specialiseret udstyr og dygtige operatører og er generelt forbeholdt dele med strenge tolerancekrav, - luftfartskomponenter er et repræsentativt eksempel, hvor dimensionsnøjagtighed og overfladeintegritet direkte påvirker delens ydeevne og sikkerhedsmargener.

Valg af den rigtige efterbehandlingsmetode til en 3D-printet metaldel afhænger af delens strukturelle geometri, dens præcisionskrav og omfanget af produktionen. Mekaniske metoder som slibning og sandblæsning er velegnede til hurtig, generel-overfladebehandling, hvor gennemløbstiden betyder mere end at opnå de strammest mulige tolerancer. Kemiske og elektrokemiske metoder såsom elektropolering og galvanisering vælges typisk for at forbedre den funktionelle ydeevne - korrosionsbestandighed, ledningsevne eller slidegenskaber - i stedet for udelukkende af kosmetiske årsager. Høj-præcisionsprocesser såsom bearbejdning og EDM er forbeholdt dele, der skal opfylde strenge tolerancekrav, hvor de ekstra omkostninger og behandlingstid er begrundet i applikationens kritikalitet.

I den virkelige-verdensproduktion er det almindeligt at kombinere flere af disse metoder inden for et enkelt efterbehandlings-workflow -, for eksempel sandblæsning af en del for at fjerne overfladebelægninger og udjævne dens udseende, efterfulgt af målrettet bearbejdning på kritiske overflader, og efterbehandling med elektropolering for at opnå både en glat overflade og forbedret korrosionsbestandighed på den færdige komponent. Denne form for lagdelt tilgang giver producenterne mulighed for at balancere omkostninger, gennemløb og kvalitet af den endelige del i stedet for at stole på en enkelt efter-behandlingsmetode for at opfylde alle krav på én gang.