Каковы требования к шероховатости поверхности при 3D-печати металлом в разных отраслях?

一, Техническое значение и влияние шероховатости поверхности на промышленность.
Шероховатость поверхности (Ra) — ключевой показатель микро-геометрической формы поверхности. Число, которое ему соответствует, напрямую влияет на то, насколько хорошо компонент противостоит износу, коррозии, усталости и герметичности. При 3D-печати металлом на значение Ra влияют такие факторы, как размер частиц порошка, толщина слоев, мощность лазера и техника сканирования. Например, мелкий порошок (15–45 мкм) может иметь значение Ra всего 3–5 мкм, поскольку он хорошо течет и равномерно заполняет ванну расплава. С другой стороны, крупные порошки (53–105 мкм) обычно имеют значения Ra от 8 до 12 мкм, поскольку их частицы слишком велики.
В большинстве случаев значения Ra напечатанных деталей, которые не были оптимизированы, составляют от 7 до 20 мкм. Этот уровень может удовлетворить большинство промышленных потребностей, хотя в отрасли высокого-класса существуют большие функциональные риски.
Аэрокосмическая промышленность: шероховатые поверхности могут легко вызвать накопление напряжения, что может привести к слишком быстрому разрушению лопаток двигателя, когда они находятся под высокой температурой и давлением.
Медицинские имплантаты: уровни Ra выше 3,2 мкм повышают опасность прилипания к ним микроорганизмов и могут вызвать инфекции после операции;
Бытовая электроника. Шероховатость поверхности может затруднить прохождение света оптическими деталями и снизить четкость изображения.
2. Потребности и примеры отраслевой дифференциации
1. Аэрокосмическая промышленность: конечная цель Ra меньше или равна 1,6 мкм.
В аэрокосмическом секторе действуют очень строгие стандарты надежности деталей. Например, лопатки турбины должны выдерживать центробежную силу 100 000 оборотов в минуту при высокой температуре 1300 градусов Цельсия. Даже небольшие дефекты поверхности могут иметь ужасные последствия. В деловом мире установлено, что:
Технический стандарт: Чтобы снизить риск отслаивания слоя высоко-оксидного окисления, значение Ra основных деталей должно поддерживаться в пределах от 0,8 до 1,6 мкм.
В типичном сценарии технология лазерного селективного плавления (SLM) использовалась для печати монокристаллических лопаток для определенного типа авиационного двигателя. После этого с помощью вакуумной электрополировки поверхность стала более гладкой, что снизило шероховатость с Ra12 м до Ra0,8 м и увеличило усталостную долговечность на 40%.
Инновационный процесс: машина Huashu High Tech FS200M оснащена тонким световым пятном размером 40 мкм, которое позволяет напрямую печатать детали Ra3,0 мкм. Это отвечает потребностям аэрокосмической промышленности в массовом производстве мелких прецизионных деталей.
2. Медицинские имплантаты: красная линия биосовместимости с Ra 3,2 м.
Медицинскому бизнесу нужны шероховатые поверхности, потому что они безопаснее для людей и лучше сочетаются с другими вещами:
Ортопедические имплантаты: суставные протезы из титанового сплава должны имитировать трабекулярную структуру кости, с шероховатостью поверхности, регулируемой на уровне Ra1,5–2,5 мкм, чтобы облегчить прилегание и пролиферацию костных клеток;
Зубные имплантаты: значение Ra резьбовой области должно быть меньше или равно 3,2 мкм; в противном случае развитие бактерий может вызвать периимплантит.
Оптимизация всей технологической цепочки Yunyao Shenwei (сверхтонкое нанесение порошка + высокоточное-оптическое управление траекторией) обеспечивает качество поверхности Ra0,8–2,8 мкм. Это означает, что имплантаты могут быть доставлены прямо в операционную без какой-либо дополнительной обработки.
3. Электроника для потребителей: Ra Критерием оптического качества является менее или равное 0,8 мкм.
Стремление к меньшим размерам продуктов и большему количеству функций в бытовой электронике — вот что стимулирует поиск гладких поверхностей.
Оптические части: Крепление для камеры мобильного телефона должно иметь Ra не более 0,8 мкм, чтобы избежать размытия изображения из-за рассеяния света.
Детали конструкции. Чтобы петли ноутбука не изнашивались слишком быстро, их поверхность необходимо обработать с Ra менее 1,6 мкм.
Отраслевая практика: В оборудовании Zhongrui Technology iSLM80P используется пятно длиной 25 м и технология динамического нанесения порошка для прямой печати микроантенн с Ra 3,2 м. Это сокращает время пост-обработки на 80 % по сравнению со стандартными методами.
4. Энергия и плесень: хороший компромисс между стоимостью и Ra Менее или равно 6,3 мкм
При изготовлении энергетического оборудования и форм шероховатость поверхности должна обеспечивать хорошее сочетание стоимости и производительности:
Камера сгорания газовой турбины: она должна выдерживать высокие температуры до 1200 градусов и газовую эрозию. Шероховатость поверхности должна поддерживаться в пределах от Ra3,2 до 6,3 мкм, чтобы найти компромисс между коррозионной стойкостью и эффективностью обработки.
Пресс-форма: значение Ra поверхности конформного охлаждающего канала должно быть меньше или равно 6,3 мкм. В противном случае продукт может деформироваться, поскольку он не охлаждается равномерно.
Например, технология SLM использовалась для печати пресс-формы автомобиля определенного типа. Химическая полировка снизила значение Ra с 15 мкм до 6,3 мкм, что увеличило срок службы формы на 30 %.