Mengapa permukaan komponen cetakan 3D logam relatif kasar?

一, Karakteristik bedak: penyebab cacat kecil
1.Efek ganda dari distribusi ukuran partikel bubuk
Sebuah studi yang dilakukan oleh Universitas Basque Country di Spanyol menunjukkan korelasi linier antara kekasaran permukaan dan ukuran partikel terkecil (D10) dalam distribusi ukuran partikel bubuk: penurunan nilai D10 berhubungan dengan penurunan kekasaran. Ketika D10 dalam kumpulan bubuk turun dari 25 μm menjadi 11 μm, misalnya, kekasaran permukaan bagian-bagian tersebut dapat turun dari 60 μm menjadi kurang dari 40 μm. Tapi ini hanya berlaku untuk bubuk halus. Jika ukuran partikel bubuk lebih besar dari D50, tidak masalah seberapa kasarnya.
2. "Efek bola salju" dari bedak yang menempel pada benda
Selama proses pencetakan 3D, bubuk halus yang telah meleleh sebagian akan menempel pada permukaan benda sehingga menimbulkan tonjolan-tonjolan yang terlihat seperti "bola salju". Penelitian metalografi mengungkapkan bahwa struktur mikro bubuk perekat ini sejajar dengan badan komponennya, menunjukkan bahwa bubuk tersebut bersumber langsung dari kumpulan bubuk aslinya. Misalnya, menggunakan bubuk dengan D50=45 μm dapat membuat diameter bubuk perekat permukaan mencapai 33–47 μm, yang sangat meningkatkan kekasaran.
3. Hal terpenting tentang kebulatan bubuk
Jika bubuknya tidak terlalu bulat, maka bisa menyebar tidak merata dan membentuk lapisan lepas dengan porositas hingga 10%. Pori-pori ini akan menangkap bubuk yang belum meleleh dan membuat cacat permukaan selama proses peleburan laser. Penelitian telah menunjukkan bahwa penggunaan bubuk dengan kebulatan melebihi 95% dapat mengurangi kekasaran permukaan lebih dari 30%.
2, Parameter pencetakan: Keseimbangan kontrol proses yang baik
1. Konflik antara kepadatan energi dan percikan
High energy density (>100J/mm³) dapat membuat aliran kolam cair lebih baik, tetapi juga dapat membuat uap logam memantul, yang menyebabkan logam cair terciprat. Tetesan ini mendingin dan berubah menjadi partikel bulat yang menempel pada permukaan komponen, menjadikannya 50% hingga 80% lebih kasar. Misalnya, saat mencetak dengan Inconel 718, jumlah percikan permukaan meningkat tiga kali lipat ketika kepadatan energi meningkat dari 80J/mm ³ menjadi 120J/mm ³.
2. Pengaruh ketebalan lapisan dan tekstur pemadatan satu sama lain
Salah satu hal utama yang mempengaruhi kekasaran adalah ketebalan lapisan. Ketinggian kekasaran permukaan akibat efek langkah dapat berubah dari 10 μm menjadi 25 μm ketika ketebalan lapisan berubah dari 20 μm menjadi 50 μm. Selain itu, sudut saat laser mengenai permukaan memiliki pengaruh besar pada tekstur pemadatan. Misalnya, di area terjauh dari pusat pencetakan, bila deviasi sudut lebih dari 15 derajat, kekasaran permukaan akan naik sebesar 40% karena kumpulan lelehan tidak mengeras secara merata.
3. Ruang untuk meningkatkan pendekatan pemindaian
Metode pemindaian satu-arah standar akan meninggalkan garis-garis pada permukaan komponen secara berkala. Namun, penggunaan pemindaian kotak-kotak atau spiral dapat memecah pola ini dan membuat distribusi kekasaran lebih merata. Misalnya, saat mencetak dengan paduan titanium, metode pemindaian spiral menurunkan standar deviasi kekasaran permukaan dari 8 μm menjadi 3 μm.
3, Teknologi pasca-pemrosesan: cara baru untuk menyelesaikan permukaan
1. Batasan pemrosesan mekanis
Pemrosesan mekanis tradisional, seperti penggilingan CNC, tidak berfungsi dengan baik dengan struktur rongga interior yang rumit dan mungkin tidak berfungsi dengan baik dengan desain pencetakan 3D yang ringan. Saat melakukan milling implan pinggul dengan sistem kisi, misalnya, kelonggaran pemesinan minimal 0,5 mm harus dijaga, sehingga menambah bobot sebesar 15% hingga 20%.
2. Kontrol mikroskopis pemolesan kimia
Dengan melarutkan puncak mikro permukaan secara selektif, pemolesan kimia dapat mencapai kontrol presisi skala nano. Saat mencetak dengan paduan kromium kobalt, pemolesan kimia dengan larutan gabungan asam nitrat dan asam klorida dapat menurunkan kekasaran permukaan dari 12 μm menjadi 0,8 μm tanpa merusak struktur kisi. Namun pendekatan ini perlu memperhatikan suhu (± 2 derajat ) dan konsentrasi larutan (± 0,5%). Jika tidak, itu bisa menimbulkan banyak korosi.
3. Cara baru menggunakan pemolesan laser
Teknologi pemolesan sinkron laser ganda menggabungkan laser utama untuk membuat komponen dan laser sekunder (pulsa nanodetik) untuk menghilangkan sisa bubuk permukaan secara real-time. Ini bisa membuat permukaan 70% lebih halus. Metode ini, misalnya, menurunkan kekasaran pencetakan baja tahan karat dari 7 μm menjadi 2 μm tanpa perlu bekerja lebih keras. Namun biaya peralatannya 3 hingga 5 kali lipat dibandingkan printer 3D biasa, sehingga sulit digunakan dalam skala besar.
4. Menembus rongga bagian dalam dalam pemesinan aliran abrasif
Pemesinan aliran abrasif (AFM) memiliki manfaat khusus untuk struktur rongga internal yang rumit. Saat Anda memasukkan media semi-padat dengan partikel abrasif silikon karbida ke dalam rongga bagian dalam dengan tekanan tinggi, Anda dapat menghilangkan gerinda dan membuat permukaan lebih halus. AFM menurunkan kekasaran permukaan rongga interior dari 50 μm menjadi 5 μm saat mencetak nozel bahan bakar mesin penerbangan. Hal ini juga membuat saluran aliran bahan bakar tetap lancar.
4, Praktek Industri: Perpindahan dari Lab ke Pabrik
1. Penemuan-penemuan baru di bidang dirgantara
GE Aviation membuat nozel bahan bakar untuk mesin LEAP menggunakan teknologi SLM dan perawatan HIP (hot isostatic press). Hal ini menurunkan porositas dari 0,8% menjadi 0,02% dan meningkatkan umur kelelahan sebanyak tiga kali lipat. Dengan menyempurnakan-pendekatan pemindaian dan ketebalan lapisan (30 μm), kekasaran permukaan dijaga dalam Ra12 μm, yang memenuhi standar yang ditetapkan oleh industri penerbangan.
2. Permintaan perangkat medis yang disesuaikan
Johnson&Johnson Medical telah menciptakan proses gabungan untuk implan sendi pinggul cetak 3D-yang menggabungkan anil vakum dan pemolesan kimia. Anil vakum menghilangkan tegangan sisa, lalu larutan pemoles berbasis asam sitrat-digunakan untuk menghaluskan permukaan dari Ra50 μm hingga Ra0,8 μm sekaligus menjaganya agar tetap biokompatibel. Metode ini memberikan implan umur kelelahan lebih dari 20 tahun, yang lebih dari apa yang dibutuhkan dalam kondisi klinis.
3. Perangkat energi yang dapat bekerja di lingkungan yang sangat keras
Siemens membuat bilah turbin gas dengan menggunakan teknologi rekristalisasi terarah dan perlakuan larutan padat. Hal ini mengurangi laju mulur paduan suhu tinggi-berbasis nikel-sebesar 80%. Dengan mengatur gradien suhu (pada kecepatan menggambar 2,5 mm/jam pada 1235 derajat ), struktur kristal kolumnar tercipta yang sejajar dengan sumbu tegangan. Hal ini meningkatkan umur kelelahan pada 650 derajat.