Почему обработка поверхности в 3D-печати металлом имеет большее значение, чем вы думаете
Как выглядит металлическая деталь сразу после печати?
SLM 3D-печать прототиповДетали DMLS обычно выходят из машины с шероховатостью поверхности (Ra) 6–20 мкм, тогда как EBM часто достигает 20–35 мкм. Напротив, детали, обработанные на станках с ЧПУ, обычно достигают толщины 0,8–3,2 мкм. По нашему опыту поддержки сотен проектов, почти каждый компонент 3D-печати металлом требует последующей обработки металлических 3D-печатных деталей, чтобы стать функционально жизнеспособным.
Качество поверхности – это не только внешний вид -, оно влияет на функциональность
Качество поверхности напрямую влияет на производительность. Шероховатая поверхность увеличивает трение, задерживает бактерии, снижает усталостную долговечность и может поставить под угрозу коррозионную стойкость или биосовместимость. Например, уменьшение Ra с 12 мкм до 0,8 мкм на нержавеющей стали 316L может улучшить стойкость к точечной коррозии примерно на 40%. Это имеет решающее значение для отделки поверхности медицинских имплантатов, полировки деталей SLM в аэрокосмической отрасли и качества поверхности функциональных металлических прототипов.
Два пути к гладкой поверхности
Электрополировка — это электрохимический процесс, который избирательно растворяет выступы поверхности. Механическая полировка использует физическую абразивную обработку. Выбор между электрополировкой и механической полировкой металла зависит от вашего материала, геометрии и требований к конечному-использованию в 3D-печати аддитивным металлом.
Таблица 1. Расчетная-шероховатость поверхности в результате процесса AM-металла
|
AM-процесс |
Типичный Ra (мкм) |
Rz (мкм) |
Примечания |
|
СЛМ/ДМЛС |
6–20 |
40–120 |
Зависит от толщины слоя и материала |
|
ДМ |
20–35 |
100–200 |
Размер частиц порошка влияет на результат |
|
Связующее струйное (спеченное) |
4–10 |
25–60 |
Более плавная, чем лазерная- |
|
ДЭД |
15–40 |
80–200 |
Наибольшее отклонение поверхности |
|
Обработка с ЧПУ (справка) |
0.4–3.2 |
2–20 |
Ориентир для сравнения |
Электрополировка
Фундаментальная наука (без скучных частей)
Деталь погружается в ванну с электролитом и становится анодом. Приложенный ток вызывает преимущественное растворение микроскопических пиков, сглаживая поверхность. Ключевые параметры включают плотность тока 10–50 А/дм², температуру ванны 50–80 градусов и время 3–30 минут. Обычно он достигает значений Ra 0,1–0,8 мкм.
Что делает электрополировка, чего не может механическая полировка
Электрополировка достигает сложных внутренних каналов, глубоких отверстий и решеток, к которым инструменты не могут получить доступ. Снимает тонкий напряженный слой, повышает коррозионную стойкость и пассивирует поверхность за один этап. Мы увидели, что это имеет существенное значение для отделки поверхности титановых прототипов и сложной обработки поверхности из нержавеющей стали при 3D-печати.
Ограничения электрополировки, которые вам нужно знать
Не каждый материал реагирует одинаково (алюминиевые сплавы и некоторые инструментальные стали являются сложными). Он удаляет равномерное, но предсказуемое количество материала (обычно 0,005–0,05 мм), которое необходимо учитывать при проектировании. Этот процесс требует специального оборудования и химической обработки. Знающий3D печать металломЗавод по отделке поверхности заранее четко проконсультирует о пригодности.
Таблица 2. Характеристики электрополировки в зависимости от материала
|
Материал |
Тип электролита |
Достижимый Ra (мкм) |
Удаление материала |
Пригодность |
|
Нержавеющая сталь 316L |
Фосфорная/серная кислота |
0.1–0.4 |
0,01–0,05 мм |
Отличный |
|
Нержавеющая сталь 17-4PH |
Фосфорная/серная кислота |
0.2–0.6 |
0,01–0,03 мм |
Хороший |
|
Ти-6Ал-4В |
Хлорная/уксусная кислота |
0.2–0.8 |
0,005–0,02 мм |
Хороший |
|
Инконель 625 |
Фосфорная/серная кислота |
0.3–0.8 |
0,01–0,03 мм |
Умеренный |
|
АлСи10Мг |
Специальная щелочная ванна |
0.4–1.2 |
0,02–0,08 мм |
Ограниченный |
Механическая полировка
Что на самом деле включает в себя механическая полировка
В этом методе используются абразивы от грубого шлифования до тонкой притирки - для физического удаления выступов на поверхности. Методы включают ручную шлифовку, вибрационную обработку, дробеструйную очистку, галтовку и полировку с помощью ЧПУ-. Достижимый Ra колеблется в пределах 0,2–3,2 мкм в зависимости от процесса.
Преимущества механической полировки
Он работает практически со всеми металлами, позволяет целенаправленно обрабатывать определенные области и обеспечивает гибкость в конечном виде (зеркальный, матовый или матовый). Часто это более экономично-для прототипирования SLM 3D-печати и более простой геометрии.
Где механическая полировка неэффективна
Он имеет трудности с доступом к внутренним функциям, обеспечивает переменную согласованность при ручных операциях и может создавать остаточные напряжения. В случае пористых медицинских имплантатов существует риск закупорки критических пор.
Таблица 3: Сравнение методов механической полировки
|
Метод |
Достижимый Ra (мкм) |
Геометрия Пригодность |
Удаление материала |
Лучшее для |
|
Ручное шлифование |
0.8–3.2 |
Только внешний |
Высокий (переменный) |
Простые внешние поверхности |
|
Вибрационная отделка |
0.4–1.6 |
Умеренная сложность |
Низкий–средний |
Пакетная обработка, мелкие детали |
|
Дробеструйная очистка |
1.6–6.3 |
Внешний/полу-внутренний |
Низкий |
Удаление заусенцев, матовая поверхность |
|
акробатика |
0.4–1.6 |
Внешний/выпуклый |
Низкий–средний |
Крупнообъемная-партия |
|
Шлифование с ЧПУ |
0.2–0.8 |
Плоский/цилиндрический |
Точный |
Поверхности с жестким допуском |
Сравнение-с-главами Электрополировка против механической полировки
Сторона-за-стороной, которую никто не дает вам заранее
Таблица 4. Полное сравнение электрополировки и механической полировки
|
Критерии |
Электрополировка |
Механическая полировка |
|
Лучший достижимый Ра |
0.1–0.4 µm |
0,05–0,8 мкм (в зависимости от метода) |
|
Сложная внутренняя геометрия |
Отличный |
Плохое – ограниченное |
|
Внешние плоские поверхности |
Хороший |
Отличный |
|
Универсальность материала |
Умеренный (в основном SS, Ti) |
Высокий (почти все металлы) |
|
Изменение размеров |
Равномерное удаление 0,005–0,05 мм. |
Переменная, труднее контролировать |
|
Коррозионная стойкость |
Значительно улучшено |
Немного улучшено |
|
Консистенция (партия) |
Высокий |
Низкий–средний (ручной) |
|
Стоимость (за деталь) |
Средний–высокий |
Низкий–средний |
|
Нормативная приемка |
FDA/ISO 13485/ASTM B912 |
Общепромышленный |
Сценарии, при которых вам всегда следует выбирать электрополировку
Электрополировка — очевидный выбор для отделки поверхностей медицинских имплантатов, поверхностей, контактирующих с пищевыми и фармацевтическими продуктами, сложных внутренних каналов потока и компонентов,-критических к коррозии.
Сценарии, в которых механическая полировка имеет больше смысла
Механическая полировка часто предпочтительнее для визуальных прототипов, локализованных сопрягаемых поверхностей с жесткими-допусками, алюминиевых деталей, а также для экономичных-малых-серийных партий.
Когда вам нужны оба
В нашей работе с клиентами наилучшие результаты часто достигаются при использовании гибридных рабочих процессов: первоначальная механоструйная очистка или шлифовка для устранения сильной шероховатости с последующей электрополировкой для окончательной гладкости и пассивации. Этот подход обычно применяется для высокопроизводительной-полировки деталей SLM в аэрокосмической отрасли и сложных медицинских деталей.
Отраслевые-специальные требования
Медицинское оборудование
ISO 13485, FDA 21 CFR, часть 820 и ASTM F86 часто требуют Ra меньше или равное 0,8 мкм с подтвержденной пассивацией для имплантатов и хирургических инструментов.
Аэрокосмическая и оборонная промышленность - Усталость превыше всего
AS9100 и NADCAP требуют документированных процессов. Улучшение чистоты поверхности с 8 мкм до 1,6 мкм может увеличить усталостную долговечность Ti-6Al-4V примерно на 25%.
Продукты питания, напитки и фармацевтика
Санитарные стандарты 3-A обычно требуют Ra менее или равного 0,8 мкм. Электрополировка является общепринятым стандартом обработки поверхности нержавеющей стали при 3D-печати.
Промышленность и Автомобильная промышленность
IATF 16949 подчеркивает функциональные характеристики уплотнительных поверхностей и поверхностей износа.
Стоимость и время выполнения
Электрополировка небольших деталей из нержавеющей стали обычно стоит 10–50 долларов за штуку со значительными скидками на партии. Механические методы варьируются от 3 до 80 долларов в зависимости от техники. Скрытые затраты, такие как доработка из-за отклонения размеров или задержки сертификации, могут значительно превысить первоначальную экономию. Надежная компания по аддитивному производству металлов, занимающаяся полировкой, предоставит четкий-анализ компромиссных решений.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: В чем разница между электрополировкой и механической полировкой металлических 3D-печатных деталей?
A: Электрополировка является электрохимической и отличается превосходными внутренними характеристиками и однородными результатами; Механическая полировка является абразивной и обеспечивает большую универсальность для внешних поверхностей.
Вопрос: Можно ли использовать электрополировку для деталей, напечатанных на 3D-принтере из титана или алюминия?
Ответ: Титан хорошо взаимодействует с соответствующими электролитами; алюминий более ограничен и часто лучше подходит для механических методов или альтернатив.
Вопрос: Насколько гладкой может стать металлическая 3D-печать после полировки?
A: Обычно достижимо значение Ra 0,1–0,4 мкм; Размер менее 0,1 мкм возможен при гибридной или специализированной притирке.
Вопрос: Удаляет ли электрополировка материал и влияет ли на размеры моей детали?
О: Да - обычно равномерно 0,005–0,05 мм. Это должно быть учтено в первоначальном проекте.
Вопрос: Какой метод полировки необходим для 3D-печати металлических изделий медицинского назначения?
Ответ: Электрополировка (часто в сочетании с пассивацией) часто требуется или настоятельно предпочтительна.
Вопрос: Насколько обработка поверхности добавляется к стоимости 3D-печати металлом?
О: Обычно 10–40%, в зависимости от метода, сложности и объема.
Вопрос: Могу ли я использовать электрополировку и механическую полировку одной и той же детали?
Ответ: Да. - гибридные подходы часто обеспечивают наилучший баланс результатов.
Вопрос: Как указать требования к качеству поверхности при заказе прототипирования SLM 3D-печати?
Ответ: Четко укажите целевые значения Ra, критические области и применимые стандарты на вашем техническом чертеже.
Не существует единого «лучшего» метода полировки для 3D-печати металлом -, только тот, который лучше всего соответствует вашему материалу, геометрии, функциональным требованиям и нормативным требованиям. Деталь, которая внешне похожа, может совершенно по-разному работать в реальной эксплуатации в зависимости от выбранной стратегии отделки.
Для вашего следующегоАддитивная металлическая 3D-печатьпроект, отправьте свои файлы вместе с требованиями к поверхности для бесплатной проверки DFM. Наша команда поставщика-полных услуг по изготовлению металлических деталей для 3D-печати на заказ порекомендует оптимальную стратегию окончательной обработки, позволяющую сбалансировать производительность, стоимость и время выполнения заказа.
Ссылки
MarketsandMarkets 2024: отчет Metal AM-об объеме рынка обработки и прогнозе на 2028 год
Отчет Wohlers 2023: Данные о внедрении обработки поверхности в аддитивном производстве в мире
ASTM B912: Стандартные спецификации для пассивации нержавеющей стали с помощью электрополировки.
ISO 13485 / FDA 21 CFR, часть 820: Требования к качеству поверхности при производстве медицинского оборудования.
Санитарные стандарты 3-A: Требования к отделке поверхности при контакте с пищевыми продуктами и фармацевтическими препаратами.
AS9100D / NADCAP: Требования к сертификации AM и обработки поверхности для аэрокосмической отрасли
Технические данные EOS GmbH: фактические-значения шероховатости поверхности.
Справочник ASM International - по проектированию поверхностей: параметры электрополировки и механической отделки