การขัดเงาสามารถยกระดับพื้นผิวของการพิมพ์ 3 มิติโลหะได้ระดับใด

1. ความหยาบของพื้นผิว: การกระโดดจากไมโครเมตรเป็นนาโนเมตร
ความหยาบของพื้นผิวเป็นตัวชี้วัดคุณภาพของพื้นผิวชิ้นส่วนที่สำคัญ มันมีผลโดยตรงต่อความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อน การทำงานกับแรงเสียดทานได้ดีเพียงใด และการทำงานกับแสงได้ดีเพียงใด การตั้งค่ากระบวนการ ประเภทของวัสดุ และทิศทางของการพิมพ์ ล้วนมีผลอย่างมากต่อความหยาบของชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยโลหะ 3 มิติในตอนแรก ตัวอย่างเช่น ความหยาบผิวของชิ้นส่วนโลหะผสมไทเทเนียมที่ทำด้วยวิธี Laser Powder Bed Melting (LPBF) อาจสูงถึง Ra15–20 μm เมื่อวัดข้ามทิศทางการพิมพ์ อย่างไรก็ตาม เมื่อวัดตามทิศทางการพิมพ์ ความหยาบอาจต่ำถึง Ra8–12 μm เนื่องจากชั้นซ้อนทับกันแน่นยิ่งขึ้น การขัดเงาจะทำให้พื้นผิวเรียบขึ้นมาก:
การขัดเงาด้วยกลไก: การใช้เครื่องขัดอัตโนมัติและสารขัดเพชร ความหยาบผิวของชิ้นส่วนโลหะผสมอลูมิเนียมที่ทำโดยวิธี BJ (การพ่นด้วยกาว) สามารถลดลงจาก Ra2.4 μm เป็น Ra0.8 μm หรือน้อยกว่า ซึ่งดีเพียงพอสำหรับงานประกอบเครื่องจักรกลส่วนใหญ่ สำหรับความต้องการที่มีความแม่นยำสูง- เช่น การรองรับกระจกเงา การขัดเงาหลาย-ขั้นตอน (การขัดหยาบ → การขัดเงาอย่างละเอียด → การขัดเงาแบบละเอียดพิเศษ) สามารถลดความหยาบของพื้นผิวลงเหลือ Ra0.05 μm ซึ่งใกล้เคียงกับระดับของการเจียรกระจกทั่วไป
การขัดเงาด้วยสารเคมี: วิธีนี้ใช้สารละลายที่เป็นกรดหรือด่างเพื่อคัดเลือกละลายรอยกระแทกบนพื้นผิว ทำงานได้ดีกับโครงสร้างช่องภายในที่ซับซ้อน ตัวอย่างเช่น ความหยาบพื้นผิวของขดลวดสเตนเลสสตีล 316L เปลี่ยนจาก Ra6 μm ​​เป็น Ra0.2 μm หลังจากการขัดเงาด้วยสารเคมี วิธีนี้ช่วยขจัดสิ่งที่แนบมาเหมือนไมโครสเฟียร์-ที่เกิดขึ้นระหว่างการพิมพ์ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของการเกิดลิ่มเลือดอุดตัน
การขัดด้วยเลเซอร์: การใช้ลำแสงเลเซอร์อันทรงพลังเพื่อหลอมวัสดุพื้นผิวในพื้นที่ขนาดเล็ก จากนั้นปล่อยให้แรงตึงผิวของโลหะเหลวทำหน้าที่ทำให้วัสดุเรียบขึ้น การศึกษาระบุว่าหลังจากการสแกนด้วยเลเซอร์ห้าครั้งของส่วนประกอบสแตนเลส 316L ที่ผลิตโดยใช้วิธี SLM ความหยาบของพื้นผิวลดลงจาก Sa21 μm เป็น Sa1 μm บรรลุอัตราการลดลงที่ 96% โดยไม่มีการก่อตัวของชั้นความเสียหายใต้พื้นผิวที่เกิดจากการขัดเงาเชิงกล
2. โครงสร้างจุลภาค: การปรับปรุงจากข้อบกพร่องเป็นความหนาแน่น
การขัดเงาไม่เพียงทำให้พื้นผิวดูดีขึ้น แต่ยังทำให้วัสดุแข็งแรงขึ้นด้วยการกำจัดข้อบกพร่องเล็กๆ น้อยๆ:
การปิดรอยแตกร้าว: รอยแตกขนาดเล็กที่เกิดขึ้นเมื่อการพิมพ์ 3D โลหะเย็นลงเร็วเกินไปสามารถปิดบางส่วนได้ด้วยแรงขัดเชิงกล ตัวอย่างเช่น หลังจากการขัดเงาด้วยแรงสั่นสะเทือน ความหนาแน่นของการแตกหักของพื้นผิวของใบพัดกังหันของเครื่องยนต์การบินบางชนิดลดลง 40% และอายุการใช้งานของความล้าในรอบสูงเพิ่มขึ้น 25%
การปล่อยความเค้นตกค้าง: การขัดเงาด้วยสารเคมีช่วยลดความเค้นแรงดึงที่ตกค้างโดยการทำลายชั้นพื้นผิว ซึ่งป้องกันการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น การดองชิ้นส่วนโลหะผสมไทเทเนียม TC4 แสดงให้เห็นว่าแรงตึงตกค้างบนพื้นผิวลดลงจาก -150MPa เป็น -50MPa และอัตราการกัดกร่อนจากการพ่นเกลือลดลง 60%
การขัดด้วยเลเซอร์อาจทำให้พื้นผิวหลอมละลาย ซึ่งทำให้ขนาดเกรนมีความสม่ำเสมอมากขึ้น การศึกษาโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง- Inconel 718 ระบุว่าการขัดด้วยเลเซอร์ทำให้ขนาดเกรนของพื้นผิวดีขึ้นจาก 50 μm เป็น 10 μm เพิ่มความแข็งได้ 15% และลดอัตราการเพิ่มของน้ำหนักออกซิเดชันที่ 650 องศาลง 30%
3. ประสิทธิภาพการทำงาน: เริ่มจากระดับพื้นฐานไปจนถึงระดับสูง-
การปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวหลังการขัดเงา-มีความสัมพันธ์โดยตรงกับการปรับประสิทธิภาพการทำงานให้เหมาะสม:
ความต้านทานต่อการสึกหรอดีขึ้น: พื้นผิวที่เรียบขึ้นอาจทำให้ส่วนนูนเล็กๆ สัมผัสกันบนพื้นผิวสัมผัสน้อยลง การทดสอบการเสียดสีกับส่วนประกอบเหล็กแบริ่ง GCr15 ระบุว่าการขัดพื้นผิวจาก Ra1.6 μm ถึง Ra0.2 μm ทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีลดลงจาก 0.15 เป็น 0.08 และปริมาณการสึกหรอลดลง 70%
ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีขึ้น: พื้นผิวที่เรียบทำให้สารที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเกาะติดได้ยาก และฟิล์มฟิล์มที่ก่อตัวขึ้นระหว่างการขัดเงาด้วยสารเคมีก็ช่วยเพิ่มการปกป้องมากยิ่งขึ้น หลังจากการขัดเงาด้วยเคมีไฟฟ้า ความหนาแน่นกระแสการกัดกร่อนของชิ้นส่วนสแตนเลส 304 ในสารละลาย NaCl 3.5% ลดลงจาก 1.2 × 10 ⁻⁵ A/cm ² เป็น 2.5 × 10 ⁻⁶ A/cm ² และความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนเพิ่มขึ้น 5 เท่า
ปรับปรุงประสิทธิภาพด้านการมองเห็น: การวิจัยเกี่ยวกับการขัดเงากระจกอะลูมิเนียมอัลลอยด์ AlSi10Mg แสดงให้เห็นว่าเมื่อความขรุขระของพื้นผิวลดลงจาก Ra3.2 μm เป็น Ra0.05 μm การสะท้อนของแสงที่มองเห็นจะเพิ่มขึ้นจาก 85% เป็น 92% ซึ่งเป็นสิ่งที่ระบบสื่อสารด้วยเลเซอร์ต้องการ
4. การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม: การย้ายจากห้องปฏิบัติการไปยังโรงงาน
เทคนิคการขัดเงาถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในโดเมนที่ต้องการมาตรฐานคุณภาพพื้นผิวที่เข้มงวด:
การบินและอวกาศ: การขัดด้วยเลเซอร์ใช้กับหัวฉีดเครื่องยนต์จรวดบางประเภทเพื่อทำให้พื้นผิวมีความหยาบน้อยลง ตั้งแต่ Ra12 μm ถึง Ra0.8 μm วงจรชีวิตความร้อนในสภาพแวดล้อมพื้นที่จำลอง (ช่วงอุณหภูมิ: -180 องศาถึง 300 องศา) เพิ่มขึ้นจาก 50 เป็น 200 เท่า
การปลูกถ่ายทางการแพทย์: หลังจากการขัดด้วยสารเคมี ความหยาบของพื้นผิวของข้อสะโพกเทียมโลหะผสมไทเทเนียมเปลี่ยนจาก Ra8 μm เป็น Ra0.5 μm สิ่งนี้ทำให้เซลล์เกาะติดกับรากฟันเทียมได้ดีขึ้น 40% และทำให้กระดูกรวมตัวกับพวกมันเร็วขึ้น 30%
แม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำ: หลังจากการขัดเงาด้วยการเจียรแบบปรับรูปร่าง (SAG) ความหยาบของพื้นผิวของแกนแม่พิมพ์ฉีดยานยนต์จะลดลงเหลือ Ra0.02 μm อายุการใช้งานของแม่พิมพ์เพิ่มขึ้นจาก 100,000 เท่าเป็น 500,000 เท่า และความเงาของพื้นผิวของผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้น 2 ระดับ