金屬3D打印?的表面處理方法

金屬3D打印的表面處理方法

     導讀：增材制造中一項未解決的挑戰是表面處理和光潔度。

      理論上，增材制造能夠自由創建復雜形狀，但實際上，表面光潔度通常需要設計約束。雖然提高金屬粉末質量、優化構建方(fang)向和工藝參數可以在一定程度上提(ti)高增(zeng)材制造零(ling)件的(de)表面(mian)質量，但零(ling)件表面(mian)粗糙問題(ti)并不能完全解決。因此(ci)，對3D打印零(ling)件進行后(hou)處理是有必要(yao)的(de)。目前主要(yao)的(de)后(hou)處理方(fang)法(fa)包括精(jing)加工和機械加工。下面(mian)我(wo)們來仔(zi)細看看這些方(fang)法(fa)吧。

△金屬3D打印表面處理

精加工工藝

      精加工方法(fa)主要包括手(shou)工拋(pao)(pao)光(guang)、噴砂或(huo)數(shu)控(kong)磨削。手(shou)工拋(pao)(pao)光(guang)質量很(hen)大程度上取決于(yu)操作者的(de)經(jing)驗，重復(fu)性和(he)一致性差，人(ren)工和(he)時間成本高，并且拋(pao)(pao)光(guang)過程中產生的(de)粉塵對(dui)人(ren)體健康有害。此外(wai)，噴砂和(he)CNC磨削對(dui)內表(biao)面復(fu)雜、多孔(kong)結(jie)構的(de)零件(jian)加工可(ke)達性較差，因此一般(ban)用于(yu)零件(jian)外(wai)表(biao)面的(de)清潔(jie)和(he)拋(pao)(pao)光(guang)以及去除氧化層。

     對于高(gao)表面質量(liang)要求：Ra在0.8μm~1.6μm的復雜結構件(jian)，精加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝面臨很大挑戰。除上述方法外，還有形狀(zhuang)自適應磨削(xue)、激光拋光、化學拋光和磨粒流加工(gong)(gong)。

△電拋光醫療植入物

形狀自適應磨削

       形(xing)(xing)狀自適應磨削(xue) (SAG) 是一種用于(yu)自由曲(qu)面加工(gong)難加工(gong)材(cai)料（如(ru)陶瓷和硬(ying)金屬）的(de)新(xin)工(gong)藝。盡管(guan)加工(gong)設(she)(she)備的(de)設(she)(she)備剛(gang)度(du)(du)較低，但工(gong)具的(de)半彈性(xing)可(ke)以(yi)實現具有高表(biao)面光潔度(du)(du)的(de)延性(xing)模式磨削(xue)。據悉，有研究人員采用球形(xing)(xing)柔性(xing)磨頭的(de)形(xing)(xing)狀自適應磨削(xue)方法(fa)對鈦合金3D打印零件(jian)的(de)自由曲(qu)面進(jin)行拋光。通過粗拋和精拋去除(chu)增(zeng)材(cai)制造表(biao)面的(de)缺陷層(ceng)，最終表(biao)面粗糙度(du)(du)Ra小于(yu)10nm。

激光拋光

     激光(guang)拋(pao)光(guang)利用高能(neng)激光(guang)束再次熔(rong)化零件表面材料以降低表面粗(cu)糙(cao)度。目(mu)前，激光(guang)拋(pao)光(guang)零件的表面粗(cu)糙(cao)度Ra在2~3μm左右。由于激光(guang)拋(pao)光(guang)設備(bei)成本較(jiao)高，在實際的3D打印后處理工藝中并(bing)未得到(dao)廣(guang)泛(fan)應用。

化學拋光(等離子拋光）

       化學拋(pao)(pao)光的(de)直(zhi)接結果是微(wei)粗糙度(du)平滑和(he)拋(pao)(pao)光形成，以及上層的(de)平行溶解(jie)。在(zai)小型增(zeng)材制造中，去除中空(kong)結構(gou)或帶有中空(kong)結構(gou)零件表面(mian)(mian)松散易脫落的(de)球狀層有顯著效果。通過化學拋(pao)(pao)光和(he)電化學拋(pao)(pao)光，多孔植入物的(de)表面(mian)(mian)粗糙度(du)從6~12μm降低到(dao)0.2~1μm。

△復雜結構零件的磨料流拋光效果。

磨料流加工

       磨料(liao)流(liu)加(jia)工 (AFM) 是一種內表(biao)面(mian)精加(jia)工工藝，其(qi)特征(zheng)在于(yu)(yu)使(shi)載有(you)磨料(liao)的(de)流(liu)體流(liu)過(guo)工件。這種流(liu)體通常非(fei)常粘稠(chou)，具有(you)油灰或面(mian)團的(de)稠(chou)度。AFM可以平滑和拋光粗糙(cao)表(biao)面(mian)，專門(men)用于(yu)(yu)去除(chu)毛刺、拋光表(biao)面(mian)、形成半徑，甚(shen)至(zhi)去除(chu)材(cai)料(liao)。AFM的(de)性質使(shi)其(qi)成為其(qi)他(ta)拋光或研磨工藝難以到達的(de)內表(biao)面(mian)、槽、孔(kong)、腔和其(qi)他(ta)區域的(de)理想選擇。

粉末床融合技(ji)術可(ke)以(yi)實現所有金屬增材制造(zao)工(gong)藝(yi)(yi)中最好的表(biao)面質量。除了上(shang)述精加工(gong)方法外(wai)，有時還需要對關鍵零件進行加工(gong)。這兩(liang)種后處理手段在3D打印模具應用中得到了廣泛的應用。讓(rang)我(wo)們期待未(wei)來會有更多簡(jian)單、有效的表(biao)面加工(gong)工(gong)藝(yi)(yi)出現！

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周工

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