Le parti metalliche stampate in 3D possono ottenere un effetto specchio?

1. Principio tecnico: come può la stampa 3D soddisfare le esigenze degli specchi?
Il vantaggio principale della stampa 3D in metallo è che può creare immediatamente forme complicate. Tuttavia, la sua ruvidità superficiale iniziale (Ra10-50 μ m) è molto diversa dallo standard dello specchio (Ra<0.01 μ m). To get the mirror effect, you need to work together on "printing+post-processing":
Nozioni di base sulla stampa ad alta-precisione
La tecnologia Selective Laser Melting (SLM), ad esempio, combina uno strato sottile di polvere da 20–60 μm e uno spot laser largo solo pochi micrometri per ottenere una precisione dimensionale di ± 20–50 μm. Questo costituisce una base robusta per la lucidatura successiva. Il centro di processo completo per la produzione additiva in metallo su cui Hanbang Laser e Zhongnan Zhicheng hanno lavorato insieme ha ridotto la ruvidità iniziale delle pale delle turbine a Ra12 μ m migliorando le strategie di scansione e controllando lo spessore dello strato. Ciò rende possibile l'elaborazione degli specchi.
Impatto delle caratteristiche dei materiali
Grazie al basso coefficiente di dilatazione termica e all'elevata resistenza alla corrosione, le leghe di titanio, l'acciaio inossidabile e altri materiali sono diventati la scelta migliore per la lavorazione degli specchi. Ad esempio, la lega di titanio TC4, spesso utilizzata nell’industria aerospaziale, può eliminare i pori utilizzando la pressatura isostatica a caldo (HIP) dopo la stampa SLM. Ciò rende la densità del materiale pari al 99,9% e rende la lucidatura molto più uniforme.
2. Percorso del processo: uno sguardo all'intero processo, dalla stampa al mirroring
Per un aspetto a specchio, è necessario eseguire quattro passaggi principali: molatura grossolana, molatura fine, lucidatura e rivestimento. Ogni passaggio necessita di un attento controllo:
Rimozione di strati e imperfezioni mediante macinazione grossolana e fine
Rettifica meccanica: utilizzare mole diamantate o carta vetrata al carburo di silicio per eliminare lentamente i motivi degli strati stampati. Ad esempio, la stampa 3D Jialichuang utilizza apparecchiature di rettifica automatizzate per rendere le parti del processo BJ meno ruvide, passando da Ra2,4 μm a Ra0,8 μm, mantenendo lo stesso livello di precisione.
Incisione chimica: le soluzioni acide vengono utilizzate per dissolvere selettivamente le sporgenze superficiali su complesse geometrie della cavità interna, rendendo uniforme la rimozione del materiale. Ad esempio, una compagnia aeronautica ha utilizzato una soluzione di incisione a base di acido fosforico per rendere le pale dei motori meno abrasive, passando da Ra15 μm a Ra3 μm.
Lucidatura: il salto da un sub-specchio all'altro
Lucidatura meccanica: il metodo di lucidatura in tre- fasi WENDT utilizza una mola lucidante grossolana per eliminare i segni di molatura, una mola lucidante media per levigare la superficie e una mola lucidante fine per ottenere una finitura a specchio. Ad esempio, dopo questo trattamento gli impianti dell'anca di Johnson & Johnson presentano una ruvidità superficiale di Ra0,05 μm, che soddisfa i criteri di biocompatibilità.
La lucidatura-senza stress è possibile con la lucidatura elettrolitica, che dissolve le piccole irregolarità sulla superficie utilizzando l'elettricità. Ad esempio, una certa marca di orologi utilizza un elettrolita a base di acido nitrico- per rendere la cassa in acciaio inossidabile 316L meno ruvida, passando da Ra0,8 μm a Ra0,02 μm, e allo stesso tempo rende la cassa più resistente alla corrosione.
Rivestimento: un duplice miglioramento funzionale e decorativo
Deposizione fisica da fase vapore (PVD): questo processo applica rivestimenti duri come TiN e CrN su substrati a specchio. Lo spessore può essere regolato tra 0,5 e 2 μm. Ciò rende i rivestimenti più resistenti all'usura e conferisce loro bellissimi effetti come l'oro e il nero. Ad esempio, un produttore automobilistico ha utilizzato la tecnologia PVD per far durare i paddle del cambio più di 500.000 volte.
Nichelatura chimica: il processo di deposizione chimica genera uno strato consistente di nichel su superfici curve complesse con uno spessore compreso tra 10 e 20 μm. Ad esempio, un produttore di aerei ha reso gli ugelli del carburante tre volte più resistenti alla corrosione utilizzando la nichelatura chimica, pur mantenendo le dimensioni precise entro ± 0,01 mm.
3. Utilizzo nel mondo degli affari: usi comuni per la stampa 3D a specchio
Settore aerospaziale
Le pale delle turbine, le camere di combustione e altre parti devono essere in grado di gestire contemporaneamente sia le alte temperature che una buona aerodinamica. Ad esempio, GE Aviation ha utilizzato il metodo di lucidatura elettrolitica SLM+ per rendere meno ruvida la superficie delle pale dei motori LEAP, passando da Ra10 μm a Ra0,2 μm. Ciò ha reso il motore più efficiente del 2% nei consumi.
Settore dei dispositivi medici
Gli impianti ortopedici, gli strumenti chirurgici e altri oggetti devono essere biocompatibili e combattere i batteri. Ad esempio, una certa azienda ha realizzato una coppa acetabolare in lega di titanio stampata in 3D- che presenta una ruvidità superficiale di Ra0,03 μm dopo la lucidatura elettrolitica. Ciò significa che i germi hanno meno probabilità di aderirvi e il rischio di infezione dopo l’intervento chirurgico è molto più basso.
Nel settore dell'elettronica di consumo
Le cerniere per paraventi,-casse di orologi di fascia alta e altri oggetti devono essere leggere e resistenti. Ad esempio, Hanbang Laser ha realizzato una cerniera in lega di titanio per una certa marca di telefoni cellulari. Aveva uno spessore di 0,3 mm e una durezza superficiale di HV1200, che soddisfaceva i requisiti di test di 200.000 pieghe.