Apa peran pemolesan kimia dalam pencetakan 3D logam?

一, Ide utama di balik pemolesan kimia adalah untuk melarutkan dan membangun kembali permukaan secara selektif.
Interaksi oksidasi-reduksi antara reagen kimia (seperti larutan asam atau basa) dan permukaan logam membuat lapisan permukaan larut secara teratur selama pemolesan kimia. Bagian utamanya adalah:
Tonjolan mikroskopis lebih mudah larut: Ketika permukaan tidak rata (seperti ketika terdapat tanda tumpang tindih kolam las atau terdapat partikel bubuk yang tidak meleleh), fenomena "tonjolan lebih mudah larut" terjadi karena terdapat lebih banyak area yang terbuka dan laju reaksi kimia yang lebih cepat.
Perataan melalui tegangan permukaan: Ketika ion logam larut, ion-ion logam menuju ke tempat cekung karena tegangan permukaan. Ini menciptakan permukaan yang halus dan rata setelah mengeras. Misalnya, pemolesan kimia dapat menurunkan kekasaran permukaan (Ra) paduan titanium cetakan 3D dari 6–12 μm menjadi 0,2–1 μm, yang berada dalam kriteria biokompatibilitas yang diperlukan untuk implan medis.
Penghapusan lapisan patahan: Pemolesan kimia secara tepat dapat menghilangkan partikel bubuk yang tidak meleleh yang menempel di permukaan (ketebalannya sekitar 70 μm), sehingga mencegah kerusakan bawah permukaan yang dapat terjadi dengan pemolesan mekanis standar. Peneliti Singapura telah menciptakan cara baru untuk memoles baja tahan karat 316L yang menggunakan-pulsa tegangan tinggi dan pemolesan elektrokimia tradisional untuk membuat permukaannya tidak terlalu kasar. Metode baru ini mempertahankan sifat penyerap energi-dari struktur kisi asli.
2, Tujuan utama pemolesan kimia adalah untuk memperbaiki permukaan dan membuatnya lebih berguna.
1. Meningkatkan kualitas permukaan: mengatasi batas geometris dan memoles struktur kompleks
Dalam hal pemolesan, bentuk geometris pencetakan 3D logam yang rumit, seperti kisi, saluran internal, dan struktur berpori, mungkin sulit untuk dikerjakan. Pemolesan kimia, yang tidak memerlukan kontak, kini menjadi cara terbaik untuk menangani struktur seperti ini:
Pemolesan saluran internal: Reagen kimia dapat masuk ke saluran internal yang lebarnya hanya beberapa mikrometer untuk menghilangkan gerinda yang disebabkan oleh tumpukan lelehan yang tumpang tindih. Misalnya, setelah pemolesan kimia, saluran aliran internal nosel bahan bakar di mesin pesawat mengurangi hambatan aliran sebesar 15% dan membuat mesin menggunakan lebih sedikit bahan bakar.
Mengoptimalkan struktur berpori: Pemolesan kimia dapat menghilangkan lapisan bulat longgar pada permukaan pori implan medis seperti hip cup dan perangkat fusi antar tubuh. Hal ini memudahkan sel tulang menempel pada implan. Studi menunjukkan bahwa kekasaran permukaan paduan titanium berpori yang dipoles berkurang sebesar 90%, sementara tingkat integrasi tulang meningkat sebesar 40%.
Pemolesan kimia dapat dilakukan pada semua bentuk komponen, oleh karena itu dapat juga dilakukan pada-permukaan berbentuk bebas. Misalnya, pemolesan kimia membuat permukaan aerodinamis rumit dari bilah turbin cetak 3D menjadi lebih halus sebesar 10 μm hingga 1 μm dan meningkatkan kinerja aerodinamisnya sebesar 8%.
2. Meningkatkan kinerja mekanik: menghilangkan kekurangan dan membuat umur kelelahan lebih lama
Retakan akibat kelelahan pada benda cetakan 3D logam dimulai dari cacat permukaan. Pemolesan kimia meningkatkan karakteristik mekanis dengan cara berikut:
mengurangi tegangan sisa: Pemolesan kimia dapat mengurangi sebagian tegangan sisa yang disebabkan oleh pencetakan dengan melarutkan bagian-bagian kecil. Misalnya, pemolesan kimia dapat memperpanjang umur kelelahan siklus rendah pada paduan suhu tinggi berbasis nikel cetak 3D-dari 5.000 siklus menjadi 12.000 siklus.
Menghilangkan penyebab keretakan: Bekas tumpang tindih partikel bubuk yang belum meleleh dan genangan cair adalah tempat umum terjadinya keretakan. Pemolesan kimia dapat mengatasi masalah ini dan meningkatkan ambang batas pertumbuhan retak lelah sebesar 30%.
Densifikasi permukaan: Lapisan permukaan menjadi lebih padat setelah pemolesan kimia karena proses pelarutan dan kemudian pemadatan kembali. Misalnya, setelah pemolesan kimia, porositas paduan kromium kobalt yang dicetak 3D-turun dari 0,8% menjadi 0,02%, dan ketahanannya terhadap korosi meningkat lima kali lipat.
3. Optimalisasi biokompatibilitas: memenuhi standar medis yang ketat
Implan medis harus memiliki permukaan yang sangat halus dan biokompatibel. Pemolesan kimia melayani kebutuhan bidang medis dengan cara sebagai berikut:
Permukaan yang kasar dapat dengan mudah menjadi tempat persembunyian bakteri, jadi pastikan untuk menjaga kebersihannya. Pemolesan kimiawi dapat membuat permukaan menjadi lebih halus hingga tingkat sub-mikron, sehingga sangat menurunkan risiko infeksi. Setelah pemolesan kimia, perlekatan Staphylococcus aureus pada implan lutut yang terbuat dari campuran titanium cetak 3D-turun sebesar 90%, misalnya.
Mengontrol pelepasan ion: Saat Anda memoles sesuatu secara mekanis, hal itu dapat menambah kontaminan yang menyebabkan ion berbahaya (seperti ion nikel) terlepas terlalu banyak. Pemolesan kimia membersihkan permukaan hanya dengan menggunakan reaksi kimia, yang memastikan pelepasan ion memenuhi persyaratan biokompatibilitas ISO 10993.
Mendorong regenerasi jaringan: Permukaan halus dapat membantu sel-sel saling menempel dan menurunkan reaksi imunologi. Studi menunjukkan bahwa tingkat pertumbuhan osteoblas pada permukaan paduan titanium berpori cetakan 3D yang dipoles secara kimia menjadi dua kali lipat.
3, Penggunaan pemolesan kimia dalam industri: mulai dari pengujian prototipe hingga pembuatan produk akhir
1. Dirgantara: Membuat segala sesuatunya lebih dapat diandalkan dalam kondisi sulit
Bilah mesin pesawat, ruang bakar, dan bagian lainnya harus mampu menangani suhu, tekanan, dan kondisi korosif yang ekstrem. Pemolesan kimia membuat komponen bertahan lebih lama dengan memperbaiki kondisi permukaan.
Bilah turbin: Pemolesan kimia dapat menghilangkan bekas lelehan pada permukaan bilah dan memperlambat proses-oksidasi suhu tinggi. Setelah pemolesan kimia, bilah turbin mesin LEAP GE Aviation, misalnya, dapat menangani suhu 50 derajat lebih tinggi dan bertahan 20% lebih lama.
Pemolesan kimiawi dapat menghilangkan retakan mikro di bagian dalam lapisan ruang bakar, sehingga lebih mampu menangani tekanan termal. Uji siklus termal 1000 derajat menunjukkan bahwa laju perambatan retak lapisan paduan berbahan dasar nikel yang dipoles 60% lebih rendah.
2. Implan medis: menjadikannya unik dan berguna
Pemolesan kimia adalah bagian terpenting dari pasca-pemrosesan pencetakan 3D medis. Ini mendukung seluruh proses, mulai dari menyesuaikan desain hingga membuatnya berfungsi:
Implan ortopedi, seperti hip cup dan perangkat fusi antar tubuh, dibuat agar sesuai dengan tubuh pasien dan memerlukan pemolesan kimiawi untuk mendapatkan keseimbangan yang tepat antara kehalusan dan kinerja integrasi tulang. Perangkat fusi antar bodi paduan titanium cetak 3D DePuy Synthes dari Johnson&Johnson, misalnya, memiliki kekasaran permukaan 0,8 μm setelah pemolesan kimia dan tingkat keberhasilan klinis lebih dari 95%.
Stent kardiovaskular: Pemolesan kimiawi dapat menghilangkan gerinda pada permukaan stent dan menurunkan kemungkinan terjadinya trombosis. Setelah pemolesan kimia, kekasaran permukaan stent paduan nikel-titanium cetak 3D Boston Scientific turun dari 5 μm menjadi 0,5 μm, dan laju endotelisasi meningkat sebesar 30%.
3. Peralatan industri: mengurangi biaya pemeliharaan dan membuat segalanya berjalan lebih baik
Pemolesan kimia memperbaiki kondisi permukaan, sehingga menurunkan gesekan dan penggunaan energi peralatan industri.
Pembuatan cetakan: Setelah pemolesan kimia, kekasaran permukaan cetakan injeksi cetak 3D berubah dari 8 μm menjadi 0,5 μm, gaya yang diperlukan untuk melepaskan cetakan turun sebesar 40%, dan cetakan bertahan tiga kali lebih lama.
Pemolesan kimia dapat menghilangkan gerinda pada saluran aliran badan katup dan memudahkan cairan mengalir. Misalnya, setelah pemolesan kimia, badan katup hidraulik cetak 3D-Caterpillar mengurangi kehilangan tekanan sebesar 15% dan meningkatkan efisiensi sistem sebesar 8%.