Pada tingkat berapa pemolesan dapat meningkatkan permukaan pencetakan 3D logam?

1. Kekasaran permukaan: lompatan dari mikrometer ke nanometer
Kekasaran permukaan adalah ukuran utama kualitas permukaan suatu bagian. Ini mempunyai efek langsung pada seberapa baik ia menahan korosi, seberapa baik ia bekerja dengan gesekan, dan seberapa baik ia bekerja dengan cahaya. Pengaturan proses, jenis bahan, dan arah pencetakan semuanya berdampak besar pada seberapa kasar bagian logam yang dicetak 3D pada awalnya. Misalnya, kekasaran permukaan komponen paduan titanium yang dibuat dengan metode peleburan lapisan bubuk laser (LPBF) dapat mencapai Ra15–20 μm bila diukur pada arah pencetakan. Namun, jika diukur sepanjang arah pencetakan, kekasarannya bisa mencapai Ra8–12 μm karena lapisannya saling tumpang tindih. Poles dapat membuat permukaan lebih halus:
Pemolesan mekanis: Menggunakan mesin pemoles otomatis dan bahan abrasif berlian, kekasaran permukaan bagian paduan aluminium yang dibuat dengan metode BJ (penyemprotan perekat) dapat diturunkan dari Ra2,4 μm menjadi Ra0,8 μm atau kurang, yang cukup baik untuk sebagian besar pekerjaan perakitan mekanis. Untuk kebutuhan-presisi tinggi, seperti penyangga cermin optik, pemolesan multi-tahap (pemolesan kasar → pemolesan halus → pemolesan sangat halus) dapat menurunkan kekasaran permukaan hingga Ra0,05 μm, yang mendekati tingkat penggilingan cermin pada umumnya.
Pemolesan kimia: Metode ini menggunakan larutan asam atau basa untuk melarutkan benjolan permukaan secara selektif. Ia bekerja dengan baik pada struktur rongga internal yang rumit. Misalnya, kekasaran permukaan stent kardiovaskular baja tahan karat 316L berubah dari Ra6 μm ​​menjadi Ra0,2 μm setelah pemolesan kimia. Hal ini menghilangkan keterikatan seperti mikrosfer-yang terbentuk selama pencetakan, sehingga menurunkan risiko trombosis.
Pemolesan laser: Menggunakan sinar laser yang kuat untuk melelehkan material permukaan di area kecil dan kemudian membiarkan tegangan permukaan logam cair bekerja untuk menghaluskannya. Studi menunjukkan bahwa setelah lima pemindaian laser komponen baja tahan karat 316L yang diproduksi menggunakan metode SLM, kekasaran permukaan berkurang dari Sa21 μm menjadi Sa1 μm, mencapai tingkat reduksi sebesar 96%, tanpa pembentukan lapisan kerusakan bawah permukaan yang disebabkan oleh pemolesan mekanis.
2. Struktur mikro: Perbaikan dari cacat menjadi densifikasi
Memoles tidak hanya membuat permukaan terlihat lebih baik, tetapi juga membuat material lebih kuat dengan menghilangkan sedikit cacat:
Penutupan retak: Retak mikro yang terbentuk saat pencetakan 3D logam mendingin terlalu cepat dapat ditutup sebagian dengan tekanan pemolesan mekanis. Misalnya, setelah pemolesan getaran, kepadatan retakan permukaan pada bilah turbin mesin penerbangan tertentu turun sebesar 40%, dan umur kelelahan siklus tinggi meningkat sebesar 25%.
Pelepasan tegangan sisa: Pemolesan kimia mengurangi tegangan tarik sisa dengan menghancurkan lapisan permukaan, yang mencegah retak korosi akibat tegangan. Perlakuan pengawetan bagian paduan titanium TC4 menunjukkan bahwa tegangan sisa di permukaan turun dari -150MPa menjadi -50MPa, dan laju korosi akibat semprotan garam turun sebesar 60%.
Pemolesan laser dapat menyebabkan peleburan kembali permukaan, yang dapat membuat ukuran butir lebih seragam. Studi pada paduan suhu tinggi Inconel 718 menunjukkan bahwa pemolesan laser menyempurnakan ukuran butir permukaan dari 50 μm menjadi 10 μm, meningkatkan kekerasan sebesar 15%, dan menurunkan laju penambahan berat oksidasi pada 650 derajat sebesar 30%.
3. Kinerja fungsional: mulai dari tingkat dasar hingga-tinggi
Peningkatan kualitas permukaan pasca pemolesan-berkorelasi langsung dengan optimalisasi kinerja fungsional:
Peningkatan ketahanan aus: Permukaan yang lebih halus dapat memperkecil kemungkinan benda cembung kecil saling bersentuhan pada permukaan kontak. Uji gesekan pada komponen baja bantalan GCr15 menunjukkan bahwa pemolesan permukaan dari Ra1,6 μm menjadi Ra0,2 μm menyebabkan koefisien gesekan turun dari 0,15 menjadi 0,08 dan kuantitas keausan turun sebesar 70%.
Ketahanan yang lebih baik terhadap korosi: Permukaan yang halus mempersulit zat korosif menempel, dan lapisan pasif yang terbentuk selama pemolesan kimia menambah perlindungan lebih. Setelah pemolesan elektrokimia, rapat arus korosi bagian baja tahan karat 304 dalam larutan NaCl 3,5% turun dari 1,2 × 10 ⁻⁵ A/cm ² menjadi 2,5 × 10 ⁻⁶ A/cm ², dan ketahanan terhadap korosi pitting meningkat 5 kali lipat.
Peningkatan kinerja optik: Penelitian tentang pemolesan cermin paduan aluminium AlSi10Mg menunjukkan bahwa ketika kekasaran permukaan diturunkan dari Ra3,2 μm menjadi Ra0,05 μm, reflektansi cahaya tampak meningkat dari 85% menjadi 92%, yang merupakan kebutuhan sistem komunikasi laser.
4. Aplikasi Industri: Pindah dari laboratorium ke pabrik
Teknik pemolesan telah banyak digunakan dalam domain yang memerlukan standar kualitas permukaan yang ketat:
Dirgantara: Pemolesan laser digunakan pada jenis nosel mesin roket tertentu untuk membuat permukaan tidak terlalu kasar, dari Ra12 μm hingga Ra0,8 μm. Umur siklus termal dalam lingkungan ruang simulasi (kisaran suhu: -180 derajat hingga 300 derajat ) telah ditingkatkan dari 50 menjadi 200 kali lipat.
Implan medis: Setelah pemolesan kimia, kekasaran permukaan prostesis sendi panggul paduan titanium berubah dari Ra8 μm menjadi Ra0,5 μm. Hal ini membuat sel menempel pada implan 40% lebih baik dan membuat tulang berintegrasi 30% lebih cepat.
Cetakan presisi: Setelah dipoles dengan penggilingan adaptif bentuk (SAG), kekasaran permukaan inti cetakan injeksi otomotif turun menjadi Ra0,02 μm, masa pakai cetakan meningkat dari 100.000 kali menjadi 500.000 kali, dan kilap permukaan produk naik 2 tingkat.