Могут ли металлические детали, напечатанные на 3D-принтере, достичь зеркального эффекта?

1. Технический принцип: как 3D-печать может удовлетворить потребности в зеркалах?
Основное преимущество 3D-печати металлом заключается в том, что с ее помощью можно сразу создавать сложные формы. Однако его первоначальная шероховатость поверхности (Ra10-50 мкм) сильно отличается от зеркальной эталона (Ra<0.01 μ m). To get the mirror effect, you need to work together on "printing+post-processing":
Основы высокоточной-печати
Например, технология селективного лазерного плавления (SLM) сочетает в себе тонкий слой порошка толщиной 20–60 мкм и лазерное пятно шириной всего несколько микрометров для достижения точности размеров ± 20–50 мкм. Это создаст прочную основу для последующей полировки. Комплексный технологический центр аддитивного производства металлов, над которым Hanbang Laser и Zhongnan Zhicheng работали вместе, снизил начальную шероховатость турбинных лопаток до Ra12 мкм за счет улучшения стратегии сканирования и контроля толщины слоя. Это дает возможность обрабатывать зеркала.
Влияние характеристик материала
Благодаря низкому коэффициенту теплового расширения и высокой устойчивости к коррозии титановый сплав, нержавеющая сталь и другие материалы стали лучшим выбором для обработки зеркал. Например, титановый сплав TC4, который часто используется в аэрокосмической промышленности, позволяет избавиться от пор с помощью горячего изостатического прессования (HIP) после SLM-печати. Это обеспечивает плотность материала 99,9% и делает полировку более равномерной.
2. Путь процесса: взгляд на весь процесс, от печати до зеркального отображения.
Для зеркального вида необходимо пройти четыре основных этапа: грубую шлифовку, тонкую шлифовку, полировку и нанесение покрытия. Каждый шаг требует тщательного контроля:
Удаление наслоений и дефектов путем грубого и тонкого шлифования.
Механическое шлифование: используйте алмазные шлифовальные круги или наждачную бумагу из карбида кремния, чтобы медленно избавиться от напечатанных слоев. Например, в 3D-печати Jialichuang используется автоматизированное шлифовальное оборудование, позволяющее сделать детали BJ менее шероховатыми: от Ra2,4 мкм до Ra0,8 мкм, сохраняя при этом тот же уровень точности.
Химическое травление: кислотные растворы используются для избирательного растворения поверхностных выступов в сложных геометрических формах внутренних полостей, что обеспечивает равномерное удаление материала. Например, одна авиационная компания использовала раствор для травления на основе фосфорной кислоты, чтобы сделать лопатки двигателя менее абразивными: от Ra15 мкм до Ra3 мкм.
Полировка: переход от вспомогательного-зеркала к зеркалу
Механическая полировка. В трехэтапном-методе полировки WENDT используется грубый полировальный круг для удаления следов шлифовки, средний полировальный круг для сглаживания поверхности и тонкий полировальный круг для получения зеркального блеска. Например, после такой обработки тазобедренные имплантаты Johnson & Johnson имеют шероховатость поверхности Ra0,05 мкм, что соответствует критериям биосовместимости.
Полировка-без стресса возможна с помощью электролитической полировки, которая растворяет небольшие неровности на поверхности с помощью электричества. Например, в часах определенной марки используется электролит на основе азотной кислоты-, чтобы сделать корпус из нержавеющей стали 316L менее шероховатым (от Ra0,8 мкм до Ra0,02 мкм), и в то же время это делает корпус более устойчивым к коррозии.
Покрытие: двойное улучшение функциональности и декоративности
Физическое осаждение из паровой фазы (PVD). В ходе этого процесса на подложки зеркал наносятся твердые покрытия, такие как TiN и CrN. Толщину можно регулировать в пределах от 0,5 до 2 мкм. Это делает покрытия более устойчивыми к износу и придает им красивые эффекты золотого и черного цвета. Например, один производитель автомобилей использовал технологию PVD, чтобы подрулевые переключатели прослужили более 500 000 раз.
Химическое никелирование: процесс химического осаждения создает однородный слой никеля на сложных изогнутых поверхностях толщиной от 10 до 20 мкм. Например, производитель самолетов сделал топливные форсунки в три раза более устойчивыми к коррозии, используя химическое никелирование, сохранив при этом точность размеров с точностью до ± 0,01 мм.
3. Использование в бизнесе: распространенное применение зеркальной 3D-печати.
Область аэрокосмической промышленности
Лопатки турбин, камеры сгорания и другие детали должны выдерживать одновременно высокие температуры и хорошую аэродинамику. Например, компания GE Aviation использовала метод электролитической полировки SLM+, чтобы сделать поверхность лопаток двигателя LEAP менее шероховатой: от Ra10 мкм до Ra0,2 мкм. Это сделало двигатель на 2% более экономичным.
Область медицинского оборудования
Ортопедические имплантаты, хирургические инструменты и другие вещи должны быть биосовместимыми и бороться с бактериями. Например, некая компания изготовила 3D-напечатанную вертлужную чашку из титанового сплава, шероховатость поверхности которой после электролитической полировки составляет Ra0,03 мкм. Это означает, что микробы с меньшей вероятностью прилипнут к нему, а риск заражения после операции намного ниже.
В области бытовой электроники
Петли для складных ширм,-качественных корпусов часов и других вещей должны быть легкими и прочными. Например, компания Hanbang Laser изготовила шарнир из титанового сплава для определенной марки мобильного телефона. Он имел толщину 0,3 мм и поверхностную твердость HV1200, что соответствовало требованиям 200 000-кратных испытаний.