Quali sono i requisiti di rugosità superficiale per la stampa 3D di metalli nei diversi settori?

一, Il significato tecnico e l'influenza del settore sulla rugosità superficiale.
La rugosità superficiale (Ra) è una misura chiave della forma micro-geometrica della superficie. Il numero che ne risulta influenza direttamente la capacità del componente di resistere all'usura, alla corrosione, alla fatica e alla tenuta. Quando si stampa in 3D con il metallo, il valore Ra è influenzato da fattori come la dimensione delle particelle di polvere, lo spessore degli strati, la potenza del laser e la tecnica di scansione. Ad esempio, la polvere fine (15–45 μm) può avere un valore Ra pari a 3–5 μm perché scorre bene e riempie uniformemente il bagno di fusione. D'altra parte, le polveri grossolane (53–105 μm) hanno solitamente valori Ra compresi tra 8 e 12 μm perché le loro particelle sono troppo grandi.
Nella maggior parte dei casi, i valori Ra delle parti stampate che non sono state ottimizzate sono compresi tra 7 e 20 μm. Questo livello può soddisfare la maggior parte delle esigenze industriali, anche se esistono grandi rischi funzionali nel settore di fascia alta-.
Settore aerospaziale: le superfici ruvide possono facilmente causare un accumulo di stress, che può causare la rottura troppo precoce delle pale del motore quando sono esposte ad alta temperatura e pressione.
Impianti medici: livelli Ra superiori a 3,2 μm aumentano il pericolo che i microrganismi vi si attacchino e possono causare infezioni dopo l'intervento chirurgico;
Elettronica di consumo: la ruvidità della superficie può rendere più difficile il passaggio della luce da parte delle parti ottiche e ridurre la chiarezza delle immagini.
2, Esigenze ed esempi di differenziazione del settore
1. Aerospaziale: l'obiettivo finale di Ra inferiore o uguale a 1,6 μ m
Il settore aerospaziale ha standard molto severi sull’affidabilità delle parti. Ad esempio, le pale delle turbine devono essere in grado di sopportare una forza centrifuga di 100.000 giri al minuto ad una temperatura elevata di 1300 gradi Celsius. Anche lievi difetti superficiali potrebbero avere effetti terribili. Nel mondo del lavoro è accertato che:
Standard tecnico: per ridurre il rischio di distacco dello strato di ossidazione ad alta-temperatura, il valore Ra delle parti essenziali deve essere mantenuto tra 0,8 e 1,6 μm.
In uno scenario tipico, la tecnologia di fusione selettiva laser (SLM) è stata utilizzata per stampare pale monocristalline per un certo tipo di motore aeronautico. Successivamente è stata utilizzata l'elettrolucidatura sotto vuoto per rendere la superficie più liscia, riducendo la rugosità da Ra12 m a Ra0,8 m e aumentando la resistenza alla fatica del 40%.
Innovazione di processo: la macchina Huashu High Tech FS200M ha un punto luminoso fine da 40 μm in grado di stampare direttamente parti Ra3,0 μm. Ciò soddisfa le esigenze dell'industria aerospaziale per la produzione in serie di piccoli pezzi di precisione.
2. Impianti medici: linea rossa di biocompatibilità con Ra 3,2 m
Il settore medico ha bisogno di superfici ruvide perché sono più sicure per le persone e funzionano meglio con altre cose:
Impianti ortopedici: le protesi articolari in lega di titanio devono imitare la struttura trabecolare dell'osso, con ruvidità superficiale regolata a Ra1,5-2,5 μm per facilitare l'adesione e la proliferazione delle cellule ossee;
Impianti dentali: il valore Ra della regione filettata deve essere inferiore o uguale a 3,2 μm; in caso contrario, lo sviluppo batterico potrebbe provocare la perimplantite.
L'ottimizzazione dell'intera catena di processo di Yunyao Shenwei (distribuzione di polvere ultra-fine + controllo del percorso ottico ad alta-precisione) conferisce alla superficie una qualità di Ra0,8–2,8 μ m. Ciò significa che gli impianti possono arrivare direttamente in sala operatoria senza alcun trattamento aggiuntivo.
3. Elettronica per i consumatori: Ra inferiore o uguale a 0,8 μm è il criterio del grado ottico.
La spinta verso prodotti più piccoli e più funzioni nell’elettronica di consumo è ciò che guida la ricerca di superfici lisce.
Parti ottiche: il supporto per la fotocamera del telefono cellulare deve avere un Ra pari a 0,8 μm o inferiore per evitare immagini sfocate prodotte dalla diffusione della luce.
Parti strutturali: per evitare che le cerniere del laptop si usurino troppo rapidamente, devono essere trattate con una superficie che abbia un Ra inferiore a 1,6 μ m.
Pratica industriale: l'attrezzatura Zhongrui Technology iSLM80P utilizza una tecnologia spot da 25 m e diffusione dinamica della polvere per stampare direttamente micro antenne con Ra 3,2 m. Ciò riduce i tempi di post-elaborazione dell'80% rispetto ai metodi standard.
4. Energia e muffe: un buon compromesso tra costo e Ra Inferiore o uguale a 6,3 μ m
Nella realizzazione di apparecchiature e stampi energetici, la rugosità superficiale deve essere un buon mix di costi e prestazioni:
Camera di combustione della turbina a gas: deve essere in grado di gestire temperature elevate di 1200 gradi e l'erosione del gas. La rugosità superficiale deve essere mantenuta tra Ra3,2 e 6,3 μm per trovare un compromesso tra resistenza alla corrosione ed efficienza di lavorazione.
Stampo a iniezione: il valore Ra della superficie del canale di raffreddamento conformato deve essere inferiore o uguale a 6,3 μ m. In caso contrario il prodotto potrebbe deformarsi perché non raffredda in modo uniforme.
Ad esempio, la tecnologia SLM è stata utilizzata per stampare un certo tipo di stampo per automobili. La lucidatura chimica ha ridotto il valore Ra da 15 μm a 6,3 μm, il che ha fatto sì che lo stampo durasse il 30% in più.