A que nível o polimento pode elevar a superfície da impressão 3D de metal?

1. Rugosidade superficial: um salto de micrômetros para nanômetros
A rugosidade da superfície é uma medida fundamental da qualidade da superfície de uma peça. Tem um efeito direto sobre o quão bem ele resiste à corrosão, quão bem funciona com o atrito e quão bem funciona com a luz. As configurações do processo, o tipo de material e a direção da impressão têm um grande efeito na rugosidade inicial das peças metálicas impressas em 3D. Por exemplo, a rugosidade superficial de peças de liga de titânio feitas com o método de fusão em leito de pó a laser (LPBF) pode chegar a Ra15–20 μm quando medida na direção de impressão. Quando medida ao longo da direção de impressão, entretanto, a rugosidade pode ser tão baixa quanto Ra8–12 μm porque as camadas estão mais sobrepostas. O polimento pode tornar a superfície muito mais lisa:
Polimento mecânico: Usando máquinas de polimento automatizadas e abrasivos de diamante, a rugosidade superficial das peças de liga de alumínio feitas pelo método BJ (pulverização adesiva) pode ser reduzida de Ra2,4 μm para Ra0,8 μm ou menos, o que é bom o suficiente para a maioria dos trabalhos de montagem mecânica. Para necessidades de alta-precisão, como suportes para espelhos ópticos, o polimento-de múltiplos estágios (polimento grosso → polimento fino → polimento ultrafino) pode reduzir a rugosidade da superfície para Ra0,05 μm, que está próximo do nível de retificação de espelho típico.
Polimento químico: Este método utiliza soluções ácidas ou alcalinas para dissolver seletivamente as saliências superficiais. Funciona bem em estruturas complexas de cavidades internas. Por exemplo, a rugosidade superficial dos stents cardiovasculares de aço inoxidável 316L passou de Ra6 μm ​​para Ra0,2 μm após o polimento químico. Isso eliminou os anexos semelhantes a microesferas-que se formaram durante a impressão, o que reduziu o risco de trombose.
Polimento a laser: Usando poderosos feixes de laser para derreter materiais de superfície em uma pequena área e, em seguida, deixar a tensão superficial do metal líquido fazer o trabalho de suavizá-lo. Estudos indicam que após cinco varreduras a laser de componentes de aço inoxidável 316L produzidos pelo método SLM, a rugosidade superficial diminuiu de Sa21 μm para Sa1 μm, atingindo uma taxa de redução de 96%, sem a formação de uma camada de dano subsuperficial atribuível ao polimento mecânico.
2. Microestrutura: Melhorando das falhas à densificação
O polimento não só melhora a aparência da superfície, mas também torna o material mais resistente, eliminando pequenas falhas:
Fechamento de rachaduras: Microfissuras que se formam quando a impressão 3D de metal esfria muito rapidamente podem ser parcialmente fechadas por pressão de polimento mecânico. Por exemplo, após o polimento vibratório, a densidade de fratura superficial de uma determinada pá de turbina de motor de aviação caiu 40% e a vida em fadiga de alto ciclo aumentou 25%.
Liberação de tensão residual: O polimento químico alivia a tensão de tração residual ao quebrar a camada superficial, o que evita fissuras por corrosão sob tensão. O tratamento de decapagem das peças de liga de titânio TC4 mostrou que a tensão residual na superfície caiu de -150MPa para -50MPa, e a taxa de corrosão por névoa salina caiu 60%.
O polimento a laser pode causar refusão da superfície, o que pode tornar o tamanho do grão mais uniforme. Estudos sobre a liga-de alta temperatura Inconel 718 indicam que o polimento a laser refina o tamanho do grão da superfície de 50 μm para 10 μm, aumenta a dureza em 15% e diminui a taxa de ganho de peso de oxidação a 650 graus em 30%.
3. Desempenho funcional: do básico ao sofisticado-
A melhoria na qualidade da superfície após o-polimento se correlaciona diretamente com a otimização do desempenho funcional:
Melhor resistência ao desgaste: Superfícies mais lisas podem diminuir a probabilidade de pequenas entidades convexas se tocarem na superfície de contato. O teste de atrito em componentes de aço para rolamentos GCr15 indicou que o polimento da superfície de Ra1,6 μm para Ra0,2 μm fez com que o coeficiente de atrito diminuísse de 0,15 para 0,08 e a quantidade de desgaste diminuísse em 70%.
Melhor resistência à corrosão: Uma superfície lisa dificulta a aderência de substâncias corrosivas e a película de passivação que se forma durante o polimento químico acrescenta ainda mais proteção. Após o polimento eletroquímico, a densidade da corrente de corrosão de 304 peças de aço inoxidável em uma solução de NaCl a 3,5% caiu de 1,2 × 10 ⁻⁵ A/cm² para 2,5 × 10 ⁻⁶ A/cm², e a resistência à corrosão por pite aumentou 5 vezes.
Desempenho óptico aprimorado: pesquisas sobre polimento de espelhos de liga de alumínio AlSi10Mg demonstram que quando a rugosidade da superfície é reduzida de Ra3,2 μm para Ra0,05 μm, a refletância da luz visível sobe de 85% para 92%, que é o que os sistemas de comunicação a laser precisam.
4. Aplicação na indústria: mudança do laboratório para a fábrica
A técnica de polimento tem sido amplamente utilizada em domínios que necessitam de padrões rigorosos de qualidade de superfície:
Aeroespacial: O polimento a laser é usado em um certo tipo de bocal de motor de foguete para tornar a superfície menos áspera, de Ra12 μm a Ra0,8 μm. A vida do ciclo térmico em um ambiente espacial simulado (faixa de temperatura: -180 graus a 300 graus) foi aumentada de 50 para 200 vezes.
Implantes médicos: Após o polimento químico, a rugosidade da superfície da prótese de articulação do quadril em liga de titânio passou de Ra8 μm para Ra0,5 μm. Isso fez com que as células aderissem aos implantes 40% melhor e os ossos se integrassem a eles 30% mais rápido.
Molde de precisão: Após o polimento com retificação adaptativa de forma (SAG), a rugosidade da superfície do núcleo do molde de injeção automotiva cai para Ra0,02 μm, a vida útil do molde aumenta de 100.000 vezes para 500.000 vezes e o brilho da superfície do produto aumenta 2 níveis.