Apakah peranan penggilap kimia dalam percetakan 3D logam?

一, Idea utama di sebalik penggilap kimia adalah untuk melarutkan dan membina semula permukaan secara selektif.
Interaksi pengurangan-pengoksidaan antara reagen kimia (larutan berasid atau beralkali sedemikian) dan permukaan logam menjadikan lapisan permukaan larut dalam cara yang terkawal semasa penggilap kimia. Bahagian utamanya ialah:
Penonjolan mikroskopik lebih mudah larut: Apabila permukaan tidak rata (seperti apabila terdapat tanda pertindihan kolam kimpalan atau zarah serbuk yang tidak cair), fenomena "protrusi lebih suka larut" berlaku kerana terdapat lebih banyak kawasan terdedah dan kadar tindak balas kimia yang lebih cepat.
Meratakan melalui tegangan permukaan: Apabila ion logam larut, ia menuju ke tempat cekung kerana ketegangan permukaan. Ini menghasilkan permukaan yang licin dan sekata apabila ia mengeras. Sebagai contoh, penggilap kimia boleh mengurangkan kekasaran permukaan (Ra) aloi titanium bercetak 3D daripada 6–12 μm kepada 0.2–1 μm, yang berada dalam kriteria biokeserasian yang diperlukan untuk implan perubatan.
Pembuangan lapisan kerosakan: Penggilapan kimia boleh mengeluarkan dengan tepat zarah serbuk yang tidak cair yang melekat pada permukaan (kira-kira 70 μm tebal), yang menghalang kerosakan bawah permukaan yang boleh berlaku dengan pengilat mekanikal standard. Penyelidik Singapura telah mencipta cara baharu untuk menggilap keluli tahan karat 316L yang menggunakan-denyut voltan tinggi dan penggilap elektrokimia tradisional untuk menjadikan permukaan kurang kasar. Kaedah baharu mengekalkan sifat-menyerap tenaga bagi struktur kekisi asal.
2, Tujuan utama penggilap kimia adalah untuk memperbaiki permukaan dan menjadikannya lebih berguna.
1. Meningkatkan kualiti permukaan: mengelilingi had geometri dan menggilap struktur kompleks
Apabila ia berkaitan dengan penggilapan, bentuk geometri rumit cetakan 3D logam, seperti kekisi, saluran dalaman dan struktur berliang, boleh menjadi sukar untuk digunakan. Penggilapan kimia, yang tidak memerlukan sentuhan, kini merupakan cara terbaik untuk mengendalikan jenis struktur ini:
Menggilap saluran dalaman: Reagen kimia boleh masuk ke saluran dalaman yang hanya beberapa mikrometer lebar untuk menyingkirkan burr yang dihasilkan oleh kolam cair yang bertindih. Sebagai contoh, berikutan penggilap kimia, saluran aliran dalaman muncung bahan api dalam enjin kapal terbang mengurangkan rintangan aliran sebanyak 15% dan menjadikan enjin menggunakan bahan api yang kurang.
Mengoptimumkan struktur berliang: Penggilapan kimia boleh menyingkirkan lapisan sfera longgar pada permukaan liang implan perubatan seperti cawan pinggul dan peranti gabungan antara badan. Ini memudahkan sel tulang melekat pada implan. Kajian menunjukkan bahawa kekasaran permukaan aloi titanium berliang yang digilap berkurangan sebanyak 90%, manakala kadar penyepaduan tulang dipertingkatkan sebanyak 40%.
Penggilap kimia boleh berfungsi pada sebarang bentuk bahagian, oleh itu ia boleh berfungsi pada-permukaan bentuk bebas juga. Sebagai contoh, penggilap kimia menjadikan permukaan aerodinamik rumit bilah turbin bercetak 3D lebih licin sebanyak 10 μ m hingga 1 μ m dan meningkatkan prestasi aerodinamiknya sebanyak 8%.
2. Meningkatkan prestasi mekanikal: menghilangkan kecacatan dan menjadikan hayat keletihan lebih lama
Keretakan keletihan pada objek bercetak 3D logam bermula dengan kecacatan permukaan. Penggilapan kimia meningkatkan ciri mekanikal dengan cara berikut:
mengurangkan tekanan sisa: Penggilapan kimia sebahagiannya boleh mengurangkan tegasan baki yang disebabkan oleh pencetakan dengan melarutkan kawasan kecil. Sebagai contoh, penggilap kimia boleh memanjangkan hayat keletihan kitaran rendah aloi suhu tinggi-bercetak nikel 3D-dari 5000 kitaran kepada 12000 kitaran.
Menghapuskan punca keretakan: Tanda pertindihan zarah serbuk yang tidak cair dan kolam lebur adalah tempat biasa di mana retakan bermula. Penggilapan kimia boleh menyelesaikan masalah ini dan meningkatkan ambang untuk pertumbuhan retak keletihan sebanyak 30%.
Ketumpatan permukaan: Lapisan permukaan menjadi lebih padat selepas penggilap kimia kerana proses melarut dan kemudian memejal semula. Contohnya, berikutan penggilap kimia, keliangan aloi kromium kobalt bercetak 3D-menurun daripada 0.8% kepada 0.02%, dan ketahanannya terhadap kakisan meningkat lima kali ganda.
3. Pengoptimuman biokompatibiliti: memenuhi piawaian perubatan yang ketat
Implan perubatan perlu mempunyai permukaan yang sangat licin dan biokompatibel. Penggilap kimia memenuhi keperluan bidang perubatan dengan cara berikut:
Permukaan yang kasar boleh menjadi tempat persembunyian bakteria, jadi pastikan ia sentiasa bersih. Penggilapan kimia boleh menjadikan permukaan lebih licin sehingga ke paras sub-mikron, yang sangat mengurangkan risiko jangkitan. Selepas penggilap kimia, lekatan Staphylococcus aureus pada implan lutut yang diperbuat daripada aloi titanium bercetak 3D-menurun sebanyak 90%, contohnya.
Kawalan pelepasan ion: Apabila anda menggilap apa-apa secara mekanikal, ia boleh menambahkan bahan cemar yang menyebabkan ion berbahaya (seperti ion nikel) terbebas terlalu banyak. Penggilap kimia membersihkan permukaan dengan hanya menggunakan tindak balas kimia, yang memastikan pembebasan ion memenuhi keperluan biokeserasian ISO 10993.
Menggalakkan penjanaan semula tisu: Permukaan licin boleh membantu sel melekat bersama dan merendahkan tindak balas imunologi. Kajian menunjukkan bahawa kadar pertumbuhan osteoblas pada permukaan aloi titanium berliang cetakan 3D yang digilap secara kimia meningkat dua kali ganda.
3, Penggunaan penggilap kimia dalam industri: daripada menguji prototaip kepada membuat produk akhir
1. Aeroangkasa: Menjadikan sesuatu lebih dipercayai dalam keadaan yang teruk
Bilah enjin pesawat, kebuk pembakaran, dan bahagian lain harus mampu mengendalikan suhu, tekanan dan keadaan yang menghakis yang melampau. Penggilap kimia menjadikan bahagian tahan lebih lama dengan memperbaiki keadaan permukaan.
Bilah turbin: Penggilapan kimia boleh menghilangkan kesan yang ditinggalkan oleh kolam lebur pada permukaan bilah dan melambatkan proses pengoksidaan-suhu tinggi. Selepas penggilap kimia, bilah turbin enjin LEAP GE Aviation, sebagai contoh, boleh mengendalikan suhu 50 darjah lebih tinggi dan bertahan 20% lebih lama.
Penggilapan kimia boleh menghilangkan retakan mikro pada bahagian dalam pelapik kebuk pembakaran, yang menjadikannya lebih mampu mengendalikan tekanan haba. Ujian kitaran haba 1000 darjah menunjukkan bahawa kadar perambatan retak pelapik aloi berasaskan nikel-yang digilap adalah 60% lebih rendah.
2. Implan perubatan: menjadikannya unik dan berguna
Penggilapan kimia ialah bahagian paling penting dalam pemprosesan pos{1}}pencetakan 3D perubatan. Ia menyokong keseluruhan proses, daripada menyesuaikan reka bentuk hingga menjadikannya berfungsi:
Implan ortopedik, seperti cawan pinggul dan peranti gabungan antara badan, dibuat agar sesuai dengan badan pesakit dan memerlukan penggilap kimia untuk mendapatkan keseimbangan yang betul antara kelicinan dan prestasi penyepaduan tulang. Peranti gabungan antara badan aloi titanium bercetak Johnson&Johnson's DePuy Synthes 3D, sebagai contoh, mempunyai kekasaran permukaan 0.8 μm selepas penggilap kimia dan kadar kejayaan klinikal lebih daripada 95%.
Stent kardiovaskular: Penggilapan kimia boleh menghilangkan burr pada permukaan stent dan mengurangkan kemungkinan trombosis. Selepas penggilap kimia, kekasaran permukaan stent aloi nikel titanium cetakan 3D Boston Scientific turun daripada 5 μm kepada 0.5 μm, dan kadar endothelialisasi meningkat sebanyak 30%.
3. Peralatan perindustrian: mengurangkan kos penyelenggaraan dan menjadikan keadaan berfungsi dengan lebih baik
Penggilapan kimia memperbaiki keadaan permukaan, yang mengurangkan geseran dan penggunaan tenaga peralatan industri.
Membuat acuan: Selepas penggilap kimia, kekasaran permukaan acuan suntikan cetakan 3D berubah daripada 8 μm kepada 0.5 μm, daya yang diperlukan untuk mengeluarkan acuan berkurangan sebanyak 40%, dan acuan bertahan tiga kali lebih lama.
Penggilapan kimia boleh menyingkirkan burr dalam saluran aliran badan injap dan memudahkan cecair mengalir melaluinya. Contohnya, selepas penggilap kimia, badan injap hidraulik 3D-cetak Caterpillar mengurangkan kehilangan tekanan sebanyak 15% dan meningkatkan kecekapan sistem sebanyak 8%.