Miks on pinnaviimistlus metallist 3D-printimisel olulisem, kui arvate
Kuidas näeb metallosa printerist välja?
SLM 3D-printimise prototüüpimineja DMLS-i osad väljuvad masinast tavaliselt pinnakaredusega (Ra) 6–20 µm, samas kui EBM ulatub sageli 20–35 µm-ni. Seevastu CNC-töödeldud osad saavutavad tavaliselt 0,8–3,2 µm. Meie kogemuste kohaselt on sadade projektide toetamisel peaaegu iga metallist 3D-printimise komponendi jaoks vaja metallist 3D-printimise osade järeltöötlust, et need funktsionaalselt elujõuliseks muutuksid.
Pinna viimistlus ei seisne ainult välimuses - See mõjutab funktsiooni
Pinna kvaliteet mõjutab otseselt jõudlust. Kare pind suurendab hõõrdumist, püüab kinni baktereid, vähendab väsimuse kestust ja võib kahjustada korrosioonikindlust või biosobivust. Näiteks 316-liitrise roostevaba terase Ra vähendamine 12 µm-lt 0,8 µm-le võib parandada punktkorrosioonikindlust ligikaudu 40%. See on meditsiinilise implantaadi pinnaviimistluse, kosmosesõidukite SLM-osade poleerimise ja funktsionaalse metalli prototüübi pinnakvaliteedi jaoks ülioluline.
Kaks teed siledale pinnale
Elektropoleerimine on elektrokeemiline protsess, mis lahustab valikuliselt pinnapiike. Mehaaniline poleerimine kasutab füüsilist hõõrdumist. Elektroonilise või mehaanilise poleerimise vahel valimine sõltub teie materjalist, geomeetriast ja lõppkasutuse nõuetest-lisandmetalli 3D-printimise puhul.
Tabel 1: -Ehitatud pinna karedus metalli AM-protsessiga
|
AM-protsess |
Tüüpiline Ra (µm) |
Rz (µm) |
Märkmed |
|
SLM / DMLS |
6–20 |
40–120 |
Erineb olenevalt kihi paksusest ja materjalist |
|
EBM |
20–35 |
100–200 |
Pulbri osakeste suurus mõjutab tulemust |
|
Sideaine pihustamine (paagutatud) |
4–10 |
25–60 |
Siledam kui laser{0}}põhine |
|
DED |
15–40 |
80–200 |
Suurim pinnahälve |
|
CNC töötlemine (viide) |
0.4–3.2 |
2–20 |
Võrdluse võrdlusalus |
Elektropoleerimine
Põhiteadus (ilma igavate osadeta)
Osa kastetakse elektrolüüdivanni ja muutub anoodiks. Rakendatud vool põhjustab mikroskoopiliste piikide eelistatud lahustumist, siludes pinda. Peamised parameetrid on voolutihedus 10–50 A/dm², vanni temperatuur 50–80 kraadi ja aeg 3–30 minutit. See saavutab tavaliselt Ra väärtused 0,1–0,8 µm.
Mida elektropoleerimine see mehaaniline poleerimine ei võimalda
Elektropoleerimine jõuab keeruliste sisekanalite, sügavate aukude ja võreteni, millele tööriistad ligi ei pääse. See eemaldab õhukese pingestatud kihi, parandab korrosioonikindlust ja passiveerib pinna ühe sammuga. Oleme näinud, et see muudab oluliselt titaani prototüübi pinnaviimistlust ja keerukat roostevabast terasest 3D-printimise pinnatöötlust.
Elektropoleerimise piirangud, mida peate teadma
Mitte iga materjal ei reageeri võrdselt (alumiiniumisulamid ja teatud tööriistaterased on keerulised). See eemaldab ühtlase, kuid prognoositava koguse materjali (tavaliselt 0,005–0,05 mm), mida tuleb disainimisel arvesse võtta. Protsess nõuab spetsiaalset varustust ja kemikaalide käitlemist. Teadlikmetallist 3D printiminepinnaviimistlusega tehas annab juba eelnevalt selgelt nõu sobivuse kohta.
Tabel 2: Elektropoleerimise jõudlus materjalide kaupa
|
Materjal |
Elektrolüüdi tüüp |
Saavutatav Ra (µm) |
Materjali eemaldamine |
Sobivus |
|
316L roostevaba teras |
Fosfor/väävelhape |
0.1–0.4 |
0,01–0,05 mm |
Suurepärane |
|
17-4PH roostevaba teras |
Fosfor/väävelhape |
0.2–0.6 |
0,01–0,03 mm |
Hea |
|
Ti-6Al-4V |
Perkloor/äädikhape |
0.2–0.8 |
0,005–0,02 mm |
Hea |
|
Inconel 625 |
Fosfor/väävelhape |
0.3–0.8 |
0,01–0,03 mm |
Mõõdukas |
|
AlSi10Mg |
Spetsiaalne aluseline vann |
0.4–1.2 |
0,02–0,08 mm |
Piiratud |
Mehaaniline poleerimine
Mida mehaaniline poleerimine tegelikult hõlmab
See meetod kasutab pinnapiikide füüsiliseks eemaldamiseks abrasiivseid aineid alates jämedast lihvimisest kuni peene lappimiseni -. Tehnikad hõlmavad käsitsi lihvimist, vibroviimistlust, haavelpuhastamist, trummelkuumutamist ja CNC{2}}abiga poleerimist. Saavutatav Ra on sõltuvalt protsessist vahemikus 0,2–3,2 µm.
Mehaanilise poleerimise eelised
See töötab peaaegu kõigi metallide puhul, võimaldab konkreetsete piirkondade sihipärast töötlemist ja tagab paindlikkuse lõplikus välimuses (peegel, harjatud või matt). See on SLM-i 3D-printimise prototüüpide ja lihtsamate geomeetriate puhul sageli kuluefektiivsem-.
Kui mehaaniline poleerimine jääb lühikeseks
Sellel on raskusi sisemistele funktsioonidele juurdepääsuga, see tagab käsitsi toimimise muutuva järjepidevuse ja võib tekitada jääkpingeid. Poorsete meditsiiniliste implantaatide puhul võib see ummistada kriitilised poorid.
Tabel 3: Mehaaniliste poleerimismeetodite võrdlus
|
meetod |
Ra saavutatav (µm) |
Geomeetria sobivus |
Materjali eemaldamine |
Parim jaoks |
|
Käsitsi lihvimine |
0.8–3.2 |
Ainult väline |
Kõrge (muutuv) |
Lihtsad välispinnad |
|
Vibratsiooniline viimistlus |
0.4–1.6 |
Mõõdukas keerukus |
Madal – keskmine |
Partii töötlemine, väikesed osad |
|
Haavelõhkamine |
1.6–6.3 |
Väline / pool{0}}sisemine |
Madal |
Surve eemaldamine, matt viimistlus |
|
Kukkumine |
0.4–1.6 |
Väline / kumer |
Madal – keskmine |
Suur{0}}mahuline partii |
|
CNC lihvimine |
0.2–0.8 |
Lame / silindriline |
Täpne |
Tihedad talutavad pinnad |
Pea{0}}peade võrdlus- Elektropoleerimine vs mehaaniline poleerimine
Kõrvuti-kõrvuti-Keegi ei anna teile ette
Tabel 4: Elektropoleerimine vs. mehaanilise poleerimise täielik võrdlus
|
Kriteeriumid |
Elektropoleerimine |
Mehaaniline poleerimine |
|
Parim Ra saavutatav |
0.1–0.4 µm |
0,05–0,8 µm (sõltub meetodist) |
|
Keeruline sisegeomeetria |
Suurepärane |
Kehv – piiratud |
|
Välised tasased pinnad |
Hea |
Suurepärane |
|
Materjali mitmekülgsus |
Mõõdukas (peamiselt SS, Ti) |
Kõrge (peaaegu kõik metallid) |
|
Mõõtmete muutus |
Ühtlane 0,005–0,05 mm eemaldamine |
Muutuv, raskemini kontrollitav |
|
Korrosioonikindlus |
Oluliselt paranenud |
Veidi täiustatud |
|
Konsistents (partii) |
Kõrge |
Madal – keskmine (käsitsi) |
|
Maksumus (osa kohta) |
Keskmine – kõrge |
Madal – keskmine |
|
Regulatiivne aktsepteerimine |
FDA / ISO 13485 / ASTM B912 |
Üldine tööstus |
Stsenaariumid, mille puhul peaksite alati valima elektroonilise poleerimise
Elektropoleerimine on selge valik meditsiiniliste implantaatide pinnaviimistluse, toidu/ravimiga kokkupuutuvate pindade, keeruliste sisevoolukanalite ja{0}}korrosioonikriitiliste komponentide jaoks.
Stsenaariumid, kus mehaaniline poleerimine on mõttekam
Mehaaniline poleerimine on sageli eelistatavam visuaalsete prototüüpide, lokaliseeritud tihedate-tolerantsiga liitumispindade, alumiiniumosade ja kulutundlike-madalamahuliste{2}}käibete puhul.
Kui vajate mõlemat
Meie töös klientidega annavad parimad tulemused sageli hübriidsed töövood: esialgne mehaaniline lõhkamine või lihvimine raske kareduse eemaldamiseks, millele järgneb elektropoleerimine lõpliku sileduse ja passiveerimise saavutamiseks. See lähenemisviis on levinud suure jõudlusega -lennunduse SLM-osade poleerimiseks ja nõudlike meditsiiniliste osade puhul.
Tööstus{0}}Erinõuded
Meditsiiniseadmed
ISO 13485, FDA 21 CFR osa 820 ja ASTM F86 nõuavad sageli Ra väärtust, mis on väiksem või võrdne 0,8 µm, koos implantaatide ja kirurgiliste tööriistade valideeritud passiveerimisega.
Lennundus ja kaitse - Väsimuse elu on esikohal
AS9100 ja NADCAP nõuavad dokumenteeritud protsesse. Pinnaviimistluse parandamine 8 µm-lt 1,6 µm-le võib pikendada Ti-6Al-4V väsimusiga ligikaudu 25%.
Toit, jook ja farmaatsia
3-A sanitaarstandardid nõuavad tavaliselt Ra väärtust, mis on väiksem või võrdne 0,8 µm. Elektropoleerimine on roostevabast terasest 3D-printimise pinnatöötluse standard.
Tööstus ja autotööstus
IATF 16949 rõhutab pindade ja kulumispindade tihendamise funktsionaalset jõudlust.
Kulud ja teostusaeg
Väikeste roostevabast terasest osade elektropoleerimine maksab tavaliselt 10–50 dollarit tüki kohta koos oluliste partiide allahindlustega. Mehaanilised meetodid on sõltuvalt tehnikast vahemikus 3–80 dollarit. Varjatud kulud, nagu ümbertöötamine mõõtmete kõrvalekalde või sertifitseerimise viivituste tõttu, võivad tunduvalt ületada esialgse kokkuhoiu. Usaldusväärne metallilisandite tootmisettevõte koos poleerimisega annab selge -vaheanalüüsi.
KKK
K: Mis vahe on metallist 3D-prinditud osade elektropoleerimisel ja mehaanilisel poleerimisel?
V: Elektropoleerimine on elektrokeemiline ja paistab silma ühtsete tulemustega sisemiste omaduste poolest; mehaaniline poleerimine on abrasiivne ja pakub välispindade jaoks suuremat mitmekülgsust.
K: Kas elektropoleerimist saab kasutada titaanist või alumiiniumist 3D-prinditud osadel?
V: Titaan reageerib hästi õigete elektrolüütidega; alumiinium on piiratum ja sobib sageli paremini mehaaniliste meetodite või alternatiividega.
K: Kui sile saab metallist 3D-printimine pärast poleerimist saada?
V: Ra 0,1–0,4 µm on rutiinselt saavutatav; alla 0,1 µm on võimalik hübriid- või spetsiaalse lapimisega.
K: Kas elektropoleerimine eemaldab materjali ja mõjutab minu osade mõõtmeid?
V: Jah - tavaliselt 0,005–0,05 mm ühtlaselt. Seda tuleb algses kujunduses arvestada.
K: Millist poleerimismeetodit on vaja meditsiiniseadmete metallist 3D-printimiseks?
V: Elektropoleerimine (sageli koos passiveerimisega) on sageli nõutav või väga eelistatud.
K: Kui palju lisab pinnaviimistlus metallist 3D-printimise kuludele?
V: Tavaliselt 10–40%, sõltuvalt meetodist, keerukusest ja mahust.
K: Kas ma saan sama osa puhul kasutada nii elektropoleerimist kui ka mehaanilist poleerimist?
V: Jah, - hübriidmeetodid annavad sageli parima tulemuste tasakaalu.
K: Kuidas täpsustada pinnaviimistlusnõudeid SLM-i 3D-printimise prototüüpide tellimisel?
V: Esitage oma tehnilisel joonisel selgelt siht Ra väärtused, kriitilised alad ja kohaldatavad standardid.
Metalli 3D-printimise jaoks pole olemas ühte "parimat" poleerimismeetodit - ainult see, mis sobib kõige paremini teie materjali, geomeetria, funktsionaalsete nõuete ja regulatiivsete vajadustega. Osa, mis väliselt sarnane näeb välja, võib sõltuvalt valitud viimistlusstrateegiast tegelikus kasutuses oluliselt erineda.
Sinu järgmise jaoksLisametalli 3D printimineprojekti, esitage oma failid koos pinnanõuetega tasuta DFM-i ülevaatamiseks. Meie meeskond täisteenindusega, kohandatud metallist 3D-printimise osade tarnija juures soovitab optimaalset viimistlusstrateegiat jõudluse, kulude ja teostusaja tasakaalustamiseks.
Viited
MarketsandMarkets 2024: Metal AM järel{1}}töötleb turu suurust ja prognoosi 2028. aastani
Wohlersi aruanne 2023: Ülemaailmsed lisandite tootmise pinnatöötluse kasutuselevõtu andmed
ASTM B912: Standardne spetsifikatsioon roostevaba terase passiveerimiseks elektropoleerimisega
ISO 13485 / FDA 21 CFR osa 820: Meditsiiniseadmete tootmise pinnakvaliteedi nõuded
3-A sanitaarstandardid: pinnaviimistlusnõuded toidu/ravimiga kokkupuutel
AS9100D / NADCAP: Aerospace AM ja pinnatöötluse sertifitseerimisnõuded
EOS GmbH tehnilised andmelehed:{0}}ehitatud pinna kareduse väärtused
ASM International - Pinnaehituse käsiraamat: Elektropoleerimis- ja mehaanilise viimistluse parameetrid