¿Cuáles son los métodos comunes de tratamiento de superficies para la impresión 3D de metal?

1. Mecanizado mecánico de precisión: de la artesanía tradicional a la actualización inteligente
El mecanizado mecánico de precisión nivela las superficies eliminando físicamente los materiales. Esta es la forma principal de terminar la impresión 3D en metal. Las principales cosas que hace son:
pulido manual
El uso de equipos como papel de lija y pasta de pulir para pulir paso a paso puede reducir en gran medida la rugosidad de la superficie (el valor Ra puede variar de 10 a 20 μm a menos de 0,8 μm). Este procedimiento, por otro lado, depende mucho de la experiencia operativa, no es muy repetible ni eficiente y solo sirve para fabricar pequeños lotes de productos de alto-valor-agregado, como joyas y arte.
Rectificado por control numérico CNC
El uso conjunto de máquinas herramienta CNC y herramientas de corte de diamante puede hacer posible producir superficies complicadas con una precisión muy alta (± 0,01 mm). Pero es difícil trabajar con características complejas como canales de flujo interno y estructuras reticulares, ya que es difícil acceder a las herramientas. La técnica de mecanizado por descarga eléctrica (EDM) es necesaria para realizar orificios de refrigeración en las palas de las turbinas de los motores de los aviones, por ejemplo.
Sistema para pulir automáticamente.
Zhejiang Tuobo y otras empresas han lanzado un sistema de pulido automático robótico que puede eliminar estructuras de soporte y pulir superficies al mismo tiempo mediante posicionamiento visual 3D y control de retroalimentación de fuerza. Este sistema puede funcionar con robots de diferentes empresas, como ABB y KUKA. Es de 3 a 5 veces más rápido que hacer el mismo trabajo a mano y mantiene la imprecisión de la superficie por debajo de ± 0,05 mm. Se ha utilizado mucho en áreas como equipos médicos y repuestos de automóviles.
2. Tratamiento químico y electroquímico: controlando la microestructura y añadiendo nuevas funciones
El tratamiento químico cambia la superficie de un material disolviéndolo o depositándolo. Sus principales operaciones son:
pulir con productos químicos
El uso de soluciones ácidas o alcalinas para disolver selectivamente la superficie puede eliminar defectos como la esferoidización y la escoria que ocurren durante la impresión. Por ejemplo, el pulido químico puede hacer que la superficie de los implantes de aleación de titanio sea menos rugosa, pasando de 6 a 12 μm a 0,2 a 1 μm, y también puede crear una capa de pasivación para hacerlos más resistentes a la corrosión. Este proceso tiene un efecto significativo en el tratamiento de estructuras huecas, pero se requiere un control estricto de la concentración y la temperatura de la solución para evitar una corrosión excesiva.
Pulido electroquímico (ECP)
Utilice corriente continua en el electrolito para disolver selectivamente las microprotuberancias en la superficie del metal. Esto hará que la superficie sea tan suave como un espejo (el valor Ra puede ser 0,01 μ mo menos). Muchos equipos médicos utilizan este método. Por ejemplo, después del tratamiento ECP, la rugosidad de la superficie de las prótesis articulares de aleación de cromo cobalto se reduce en un 90 %, la resistencia al desgaste aumenta tres veces y se pueden eliminar los patrones de las capas de impresión, cumpliendo así los requisitos de biocompatibilidad.
anodizado
Los procesos electrolíticos pueden crear capas densas de óxido (de 5 a 20 μm de espesor) sobre aleaciones ligeras como las aleaciones de aluminio. Estas películas pueden aumentar considerablemente la dureza (hasta 500 HV) y la resistencia a la corrosión. Por ejemplo, después del tratamiento de anodizado duro, los componentes estructurales de la aviación pueden resistir la corrosión durante más de 5000 horas en un entorno de niebla salina con 3,5% de NaCl. La naturaleza microporosa de la capa de película también puede absorber lubricantes y reducir el coeficiente de fricción.
3. Tecnología de revestimiento y revestimiento: combinación de protección funcional y decoración
La tecnología de recubrimiento crea una capa protectora en la superficie depositando algo física o químicamente. Los principales pasos de este proceso son:
PVD significa Deposición Física de Vapor.
Usar bombardeo de iones de alta-energía para colocar recubrimientos duros como TiN y CrN en la superficie del sustrato. Este proceso puede mejorar significativamente la resistencia al desgaste del acero para moldes (ampliando su vida útil de 3 a 5 veces) y el espesor del recubrimiento es de solo 1 a 5 μm, sin afectar la precisión dimensional de las piezas. Por ejemplo, una empresa utilizó PVD para procesar moldes impresos en 3D y aumentó la frecuencia de estampado de 100.000 a 500.000 veces.
Galvanoplastia y revestimiento químico
La galvanoplastia utiliza reacciones electrolíticas para depositar capas metálicas (como Ni y Cu) en una superficie, lo que la hace menos propensa a la corrosión y más conductora. El revestimiento químico, por otro lado, utiliza reacciones auto-catalíticas para uniformar la superficie (como el revestimiento químico con aleación de níquel-fósforo). Por ejemplo, una empresa emplea niquelado no electrolítico para imprimir en 3D disipadores de calor de aleación de cobre. Esto los hace resistentes a la niebla salina durante 1.000 horas en lugar de 48 horas, sin dejar de tener una conductividad térmica de 200 W/(m · K) o más.
Pulverizar y cubrir con polvo.
El recubrimiento por pulverización utiliza un flujo de aire a alta-presión para adherir el recubrimiento en polvo o líquido a la superficie, creando una capa protectora de entre 20 y 100 μm de espesor. La pulverización de polvo, por otro lado, utiliza adsorción electrostática para distribuir uniformemente el polvo, que forma una capa espesa cuando se enfría. Este método funciona para herramientas de exterior, máquinas industriales y otras situaciones. Por ejemplo, una empresa utiliza recubrimiento en polvo para tratar elementos estructurales de acero impresos en 3D-, lo que los hace resistentes a la niebla salina neutra durante más de 2000 horas.
4. Nuevas tecnologías: procesos láser y compuestos Lideran la innovación: pulido láser
Usar rayos láser de alta-energía para derretir los materiales de la superficie en un área pequeña y luego hacer fluir el charco fundido para nivelar la superficie. Este método puede funcionar en superficies curvas que son difíciles de alcanzar y tiene una pequeña zona afectada por el calor (menor o igual a 0,1 mm). Por ejemplo, una determinada empresa utiliza el pulido láser para imprimir en 3D aleaciones de alta-temperatura a base de níquel, lo que reduce la rugosidad de la superficie de Ra 8 μ m a Ra 2 μ m y mantiene las propiedades mecánicas del material sin cambios.
Mecanizado de flujo abrasivo (AFM)
Para pulir características complejas como orificios transversales y canales de flujo internos, se hace fluir material abrasivo viscoelástico a través de la cámara interna del componente. Este procedimiento puede funcionar en lugares de difícil acceso. Por ejemplo, una empresa utiliza AFM para procesar boquillas de combustible de aviación impresas en 3D-, lo que hace que la superficie interior sea menos rugosa (de Ra 16 μ m a Ra 1,6 μ m) y mejora la uniformidad del flujo en un 20 %.
Integración de procesos compuestos.
Usar más de un método de procesamiento para trabajar juntos para mejorar el rendimiento. Por ejemplo, una determinada empresa adopta un proceso combinado de "pulido químico+anodizado+revestimiento PVD" para imprimir implantes de aleación de titanio en 3D, que reduce la rugosidad de la superficie a Ra 0,05 μm, mejora la resistencia a la corrosión 5 veces y la fuerza de unión entre el revestimiento y el sustrato alcanza los 40 MPa, cumpliendo con los requisitos de servicio a largo plazo-de los implantes ortopédicos.