3D打印金属件光饰 | 异型内深孔管道表面处理精密解决方案,将原始零件转化为高价值产品

发布时间: 05月12日 浏览次数:462

图源:Aidro Hydraulics

 

3D打印技术,作为制造业有代表性的颠覆性技术,具有不需模具和制造成本对设计的复杂性不敏感的特点,成为制造结构/功能一体化、仿生学设计、轻量化点阵结构、薄壁等复杂结构产品的理想解决方案。

 

在设计金属件方面,不锈钢、模具钢、钛合金、铝合金、高温合金、铜合金等材质都可以设计出良好且复杂构造的金属件产品,因此,3D打印也逐渐成为快速制造金属异型材产品的首选技术。

 

3D打印金属件表面光饰的痛点

 

限于当前技术限制,3D打印件原始粗糙度都是比较差的,金属件也不出意外的存在内部和表面瑕疵点。大部分3D打印金属件的粗糙表面可能会产生裂纹,减低疲劳寿命,产生不良配合,以及对流体动力学中的流动行为产生负面影响。

 

图源:NASA

 

许多常见的光饰处理技术可以使3D打印金属件达到表面粗糙度的要求,但很难完成型内深孔的表面抛光处理。如何对3D打印金属件的异型构造、内孔、流道,如热流道、弯管、阀体阀块,或是复杂外表面的抛光,成为一道急需解决的难题。

 

需结合适当的光饰后处理来改善金属件的显微组织和缺陷,从而将3D打印的原始金属件转化为高价值的产品。

 

图源:雷尼绍

 

管道内壁、长管道、异形管道的光饰方案

 

众所周知,管道内壁的表面粗糙度会极大影响其内部流体的流动方式。针对3D打印金属件复杂管道设计的热交换器的表面抛光、内部嵌套件支架的去除及研磨等刚性需求,目前行业内多使用含研磨颗粒的流体进行研磨冲洗。

 

如磨粒流研磨应用于3D打印金属抛光,已经为众多企业解决了内孔及复杂外表面抛光。对于一些金属件弯曲内孔抛光,甚至要比外表面抛光更容易得到设计的效果。但对于较长的管道和异形管道来说,其内部某些转角处的表面并不能得到较好的抛光。磨粒流就受到了限制。

 

磨粒流 图源:斯曼克

 

还有没有更彻底的研磨抛光方法实现对3D打印金属件内腔壁、长管道、深管道、弯曲管道的表面光饰处理呢?

 

磁流变抛光技术由于具有较低的亚表层损伤、抛光精度高等优点,因此吸引了科研界极大的关注,成为竞相研究的热点,是3D打印金属件深长内孔光饰的专业选择。

 

磁流变流体(Magnetorheological Fluids,简写MR或MRF)是一种智能流体,当通过磁场时,其流变性能发生改变,由流体变成粘弹性固体;当磁场消失,形成的粘弹性固体又变成流动的流体。图源:深圳博海新材料

 

磁流变抛光,这是一种将含有研磨剂的磁性流体附着至滚轮上,并利用工件与研磨剂接触时产生的剪切力进行抛光的方法,对于是3D打印金属件异形内腔壁毛刺和残渣,可使用粘度较大的磁流体等进行表面的去除(研磨抛光),从做到精细化处理。

 

化学抛光作为一种成熟的表面处理技术,可以专治3D打印金属件异型内深孔管道表面的细微毛刺和凹凸瑕疵点,对钢铁零件,尤其是低碳钢有较好的抛光效果。

 

图源:上海申蒙

 

化学抛光是靠化学试剂对金属件表面使用腐蚀性的酸性或碱性液体,灌注研磨、消除磨痕、软化、浸蚀整平,减少表面粗糙度的一种方法。 该技术设备简单,能够处理细管、带有深孔及形状复杂的零件,提高表面光洁度,达到镜面效果。

 

另外物理化学方法,如使用气相沉积、电镀等物理化学方法在粗糙表面生长陶瓷或金属涂层。

 

鉴于3D打印在复杂结构的工件快速成型的优势,已经渐成气候,而且不少产品已经实现了量产。以上光饰工艺应用到3D打印金属件的复杂构造表面精密处理,可以保证处理效果,实现批量化生产,满足了3D打印所涉及的汽车部件、模具制造、医疗器械、传动工件、阀体阀块的异型结构、内孔、深长孔的精细化处理刚需。

 

应用拓展及解决方向

 

 打印到产品的工作流程(清洗、表面处理、着色) 图源:DyeMansion

 

然而,对于3D打印金属件的表面并非越光洁越好。表面粗糙度对于3D打印金属件的后处理技术需主要取决于其应用领域。有时,粗糙度可能不重要,在某些情况下它甚至可能是一件好事。但是,大多数零件都对表面粗糙度有一定要求。

 

表面粗糙度也受3D打印金属件的工艺影响,如定向能量沉积、粉末床选区激光熔融等工业加工的金属件具有的表面粗糙度是不同的。

 

 

随着3D打印行业的关注度提升,下游市场的需求巨大,刺激着中国3D打印材料行业的发展,3D打印金属件的应用更加细分,向交通运输、航天航空、工业装备、消费电子、医疗(植入)/齿科等渗透应用。

 

但是,当前的3D打印对金属件的表面质量相对较低,后处理研磨抛光方法有许多不足,如成本过高、安全性不够、人力耗费大等。定制化、组合性、智能自动化的精加工解决方案仍是相关行业和企业努力的方向。

 

图源:住田光学玻璃公司

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