¿A qué nivel puede el pulido elevar la superficie de la impresión 3D de metal?

1. Rugosidad superficial: un salto de micrómetros a nanómetros
La rugosidad de la superficie es una medida clave de la calidad de la superficie de una pieza. Tiene un efecto directo sobre qué tan bien resiste la corrosión, qué tan bien funciona con la fricción y qué tan bien funciona con la luz. La configuración del proceso, el tipo de material y la dirección de impresión tienen un gran efecto en la rugosidad de las piezas metálicas impresas en 3D al principio. Por ejemplo, la rugosidad de la superficie de las piezas de aleación de titanio fabricadas con el método de fusión en lecho de polvo por láser (LPBF) puede alcanzar Ra15-20 μm cuando se mide en la dirección de impresión. Sin embargo, cuando se mide a lo largo de la dirección de impresión, la rugosidad puede ser tan baja como Ra8–12 μm porque las capas están más superpuestas. El pulido puede hacer que la superficie sea mucho más suave:
Pulido mecánico: utilizando máquinas pulidoras automáticas y abrasivos de diamante, la rugosidad de la superficie de las piezas de aleación de aluminio fabricadas mediante el método BJ (pulverización de adhesivo) se puede reducir de Ra2,4 μ m a Ra0,8 μ mo menos, lo cual es suficiente para la mayoría de los trabajos de ensamblaje mecánico. Para necesidades de alta-precisión, como soportes para espejos ópticos, el pulido en varias -etapas (pulido grueso → pulido fino → pulido ultrafino) puede reducir la rugosidad de la superficie a Ra0,05 μm, que está cerca del nivel del pulido de espejo típico.
Pulido químico: este método utiliza soluciones ácidas o alcalinas para disolver selectivamente las protuberancias de la superficie. Funciona bien en estructuras intrincadas de cavidades internas. Por ejemplo, la rugosidad de la superficie de los stents cardiovasculares de acero inoxidable 316L pasó de Ra6 μm ​​a Ra0,2 μm después del pulido químico. Esto eliminó las microesferas-que se formaban durante la impresión, lo que redujo el riesgo de trombosis.
Pulido con láser: utilizar potentes rayos láser para derretir los materiales de la superficie en un área pequeña y luego dejar que la tensión superficial del metal líquido haga el trabajo de alisarlo. Los estudios indican que después de cinco escaneos láser de componentes de acero inoxidable 316L producidos con el método SLM, la rugosidad de la superficie disminuyó de Sa21 μm a Sa1 μm, logrando una tasa de reducción del 96%, sin la formación de una capa de daño en el subsuelo atribuible al pulido mecánico.
2. Microestructura: Mejorando de los defectos a la densificación
El pulido no sólo mejora el aspecto de la superficie, sino que también fortalece el material al eliminar pequeños defectos:
Cierre de grietas: las microfisuras que se forman cuando la impresión 3D en metal se enfría demasiado rápido se pueden cerrar parcialmente mediante presión de pulido mecánico. Por ejemplo, después del pulido por vibración, la densidad de fractura de la superficie de un determinado álabe de turbina de motor de aviación se redujo en un 40% y la vida útil de fatiga de ciclo alto aumentó en un 25%.
Liberación de tensiones residuales: el pulido químico alivia la tensión de tracción residual al romper la capa superficial, lo que evita el agrietamiento por corrosión bajo tensión. El tratamiento de decapado de piezas de aleación de titanio TC4 mostró que la tensión residual en la superficie disminuyó de -150 MPa a -50 MPa, y la tasa de corrosión por niebla salina disminuyó en un 60 %.
El pulido con láser puede provocar que la superficie se vuelva a fundir, lo que puede hacer que el tamaño del grano sea más uniforme. Los estudios sobre la aleación de alta-temperatura Inconel 718 indican que el pulido con láser refina el tamaño del grano de la superficie de 50 μm a 10 μm, mejora la dureza en un 15 % y disminuye la tasa de ganancia de peso de oxidación a 650 grados en un 30 %.
3. Rendimiento funcional: pasando de lo básico a lo alto-
La mejora en la calidad de la superficie post-pulido se correlaciona directamente con la optimización del rendimiento funcional:
Resistencia al desgaste mejorada: las superficies más lisas pueden hacer que sea menos probable que pequeñas entidades convexas se toquen entre sí en la superficie de contacto. La prueba de fricción en componentes de acero para rodamientos GCr15 indicó que pulir la superficie de Ra1,6 μm a Ra0,2 μm hizo que el coeficiente de fricción disminuyera de 0,15 a 0,08 y que la cantidad de desgaste disminuyera en un 70%.
Mejor resistencia a la corrosión: una superficie lisa hace que sea más difícil que las sustancias corrosivas se adhieran, y la película de pasivación que se forma durante el pulido químico agrega aún más protección. Después del pulido electroquímico, la densidad de la corriente de corrosión de 304 piezas de acero inoxidable en una solución de NaCl al 3,5 % disminuyó de 1,2 × 10 ⁻⁵ A/cm ² a 2,5 × 10 ⁻⁶ A/cm ², y la resistencia a la corrosión por picaduras aumentó 5 veces.
Rendimiento óptico mejorado: la investigación sobre el pulido de espejos de aleación de aluminio AlSi10Mg demuestra que cuando la rugosidad de la superficie se reduce de Ra3,2 μm a Ra0,05 μm, la reflectancia de la luz visible aumenta del 85% al ​​92%, que es lo que necesitan los sistemas de comunicación láser.
4. Aplicación industrial: pasar del laboratorio a la fábrica
La técnica de pulido se ha utilizado ampliamente en ámbitos que requieren estrictos estándares de calidad de superficie:
Aeroespacial: el pulido láser se utiliza en cierto tipo de boquilla de motor de cohete para hacer que la superficie sea menos rugosa, desde Ra12 μ m hasta Ra0,8 μ m. La vida del ciclo térmico en un entorno espacial simulado (rango de temperatura: -180 grados a 300 grados) se ha incrementado de 50 a 200 veces.
Implantes médicos: después del pulido químico, la rugosidad de la superficie de la prótesis de articulación de cadera de aleación de titanio pasó de Ra8 μ m a Ra0,5 μ m. Esto hizo que las células se adhieran a los implantes un 40% mejor y que los huesos se integraran con ellos un 30% más rápido.
Molde de precisión: después del pulido con rectificado adaptable a la forma (SAG), la rugosidad de la superficie del núcleo del molde de inyección para automóviles disminuye a Ra0,02 μm, la vida útil del molde aumenta de 100.000 a 500.000 veces y el brillo de la superficie del producto aumenta en 2 niveles.