Qual è il ruolo della lucidatura chimica nella stampa 3D dei metalli?

però, L'idea principale alla base della lucidatura chimica è quella di dissolvere e ricostruire selettivamente la superficie.
L'interazione di ossidoriduzione-tra i reagenti chimici (quali soluzioni acide o alcaline) e la superficie metallica fa sì che lo strato superficiale si dissolva in modo regolato durante la lucidatura chimica. Le sue parti principali sono:
Le sporgenze microscopiche si dissolvono più facilmente: quando la superficie non è uniforme (come quando sono presenti segni di sovrapposizione del bagno di saldatura o particelle di polvere non fusa), il fenomeno della "protrusione si dissolve preferenzialmente" si verifica perché c'è più area esposta e una velocità di reazione chimica più rapida.
Livellamento tramite tensione superficiale: quando gli ioni metallici si dissolvono, si dirigono verso luoghi concavi a causa della tensione superficiale. Questo crea una superficie liscia e uniforme una volta indurita. Ad esempio, la lucidatura chimica può abbassare la ruvidità superficiale (Ra) della lega di titanio stampata in 3D da 6–12 μm a 0,2–1 μm, che rientra nei criteri di biocompatibilità necessari per gli impianti medici.
Rimozione dello strato difettoso: la lucidatura chimica può rimuovere con precisione le particelle di polvere non fusa attaccate alla superficie (di circa 70 μ m di spessore), prevenendo i danni al sottosuolo che possono verificarsi con la lucidatura meccanica standard. I ricercatori di Singapore hanno creato un nuovo modo per lucidare l'acciaio inossidabile 316L che utilizza impulsi ad alta-tensione e la tradizionale lucidatura elettrochimica per rendere la superficie meno ruvida. Il nuovo metodo mantiene le proprietà-di assorbimento dell'energia della struttura reticolare originale.
2, lo scopo principale della lucidatura chimica è migliorare la superficie e renderla più utile.
1. Migliorare la qualità della superficie: aggirare i limiti geometrici e lucidare strutture complesse
Quando si tratta di lucidatura, le complicate forme geometriche della stampa 3D in metallo, come reticoli, canali interni e strutture porose, possono essere difficili da lavorare. La lucidatura chimica, che non richiede contatto, è ora il modo migliore per gestire questo tipo di strutture:
Lucidatura dei canali interni: i reagenti chimici possono entrare nei canali interni larghi solo pochi micrometri per eliminare le bave create dalla sovrapposizione del bagno di fusione. Ad esempio, dopo la lucidatura chimica, il canale di flusso interno dell'ugello del carburante nel motore di un aereo riduce la resistenza al flusso del 15% e fa sì che il motore utilizzi meno carburante.
Ottimizzazione della struttura porosa: la lucidatura chimica può eliminare gli strati sferici sciolti sulla superficie dei pori di impianti medici come coppe per anca e dispositivi di fusione intersomatica. Ciò facilita l’adesione delle cellule ossee agli impianti. Gli studi indicano che la ruvidità superficiale della lega di titanio porosa lucidata è diminuita del 90%, mentre il tasso di integrazione ossea è aumentato del 40%.
La lucidatura chimica può funzionare su parti di qualsiasi forma, pertanto può funzionare anche su superfici-a forma libera. Ad esempio, la lucidatura chimica ha reso la complicata superficie aerodinamica delle pale delle turbine stampate in 3D più liscia da 10 μm a 1 μm e ha aumentato le loro prestazioni aerodinamiche dell’8%.
2. Miglioramento delle prestazioni meccaniche: eliminazione dei difetti e prolungamento della durata a fatica
Le crepe da fatica negli oggetti metallici stampati in 3D iniziano con difetti superficiali. La lucidatura chimica migliora le caratteristiche meccaniche nei seguenti modi:
riduzione dello stress residuo: la lucidatura chimica può ridurre parzialmente lo stress residuo causato dalla stampa dissolvendo minuscole regioni. Ad esempio, la lucidatura chimica può estendere la durata a fatica a basso numero di cicli delle leghe ad alta temperatura-a base di nichel stampate in 3D da 5.000 a 12.000 cicli.
Eliminazione della causa delle crepe: i segni sovrapposti delle particelle di polvere non fusa e il bagno di fusione sono luoghi comuni in cui iniziano le crepe. La lucidatura chimica può risolvere questi problemi e aumentare la soglia per la crescita delle cricche da fatica del 30%.
Densificazione superficiale: lo strato superficiale diventa più denso dopo la lucidatura chimica a causa del processo di dissoluzione e quindi di nuova solidificazione. Ad esempio, dopo la lucidatura chimica, la porosità di una lega di cromo-cobalto-stampata in 3D scende dallo 0,8% allo 0,02% e la sua resistenza alla corrosione aumenta di cinque volte.
3. Ottimizzazione della biocompatibilità: soddisfa rigorosi standard medici
Gli impianti medici devono avere una superficie molto liscia ed essere biocompatibili. La lucidatura chimica soddisfa le esigenze del settore medico nei seguenti modi:
Le superfici ruvide possono facilmente diventare nascondigli per i batteri, quindi assicurati di mantenerle pulite. La lucidatura chimica può rendere le superfici più lisce fino al livello inferiore al-micron, riducendo notevolmente il rischio di infezione. Dopo la lucidatura chimica, ad esempio, l'attaccamento dello Staphylococcus aureus alle protesi del ginocchio realizzate in lega di titanio stampata in 3D- è diminuito del 90%.
Controllo del rilascio di ioni: quando si lucida qualcosa meccanicamente, si possono aggiungere contaminanti che causano il rilascio eccessivo di ioni pericolosi (come gli ioni di nichel). La lucidatura chimica pulisce la superficie utilizzando solo reazioni chimiche, garantendo che il rilascio di ioni soddisfi i requisiti di biocompatibilità ISO 10993.
Promozione della rigenerazione dei tessuti: le superfici lisce possono aiutare le cellule a restare unite e a ridurre le reazioni immunologiche. Gli studi indicano che il tasso di crescita degli osteoblasti sulla superficie della lega di titanio porosa stampata in 3D lucidata chimicamente è raddoppiato.
3, Usi della lucidatura chimica nell'industria: dal test dei prototipi alla realizzazione dei prodotti finali
1. Aerospaziale: rendere le cose più affidabili in condizioni difficili
Le pale dei motori degli aerei, le camere di combustione e altre parti devono essere in grado di resistere a temperature, pressioni e condizioni corrosive estreme. La lucidatura chimica prolunga la durata delle parti migliorando le condizioni della superficie.
Pale di turbine: la lucidatura chimica può eliminare i segni lasciati dal bagno di fusione sulla superficie delle pale e rallentare il processo di ossidazione ad alta-temperatura. Dopo la lucidatura chimica, le pale della turbina del motore LEAP di GE Aviation, ad esempio, possono sopportare temperature più elevate di 50 gradi e durare il 20% in più.
La lucidatura chimica può eliminare le microfessure all'interno del rivestimento della camera di combustione, rendendola più capace di gestire lo stress termico. Un test di cicli termici a 1000 gradi ha dimostrato che il tasso di propagazione delle crepe nei rivestimenti in lega a base di nichel lucido- è inferiore del 60%.
2. Impianti medici: renderli unici e utili
La lucidatura chimica è la parte più importante della post-elaborazione della stampa 3D medica. Supporta l'intero processo, dalla personalizzazione dei progetti al loro funzionamento:
Gli impianti ortopedici, come le coppe per anca e i dispositivi di fusione intersomatica, sono realizzati per adattarsi al corpo del paziente e necessitano di lucidatura chimica per ottenere il giusto equilibrio tra morbidezza e prestazioni di integrazione ossea. Il dispositivo di fusione intersomatica in lega di titanio stampato in 3D DePuy Synthes di Johnson&Johnson, ad esempio, ha una ruvidità superficiale di 0,8 μm dopo la lucidatura chimica e un tasso di successo clinico superiore al 95%.
Stent cardiovascolare: la lucidatura chimica può eliminare le bave sulla superficie dello stent e ridurre il rischio di trombosi. Dopo la lucidatura chimica, la ruvidità superficiale dello stent in lega di nichel titanio stampato in 3D di Boston Scientific è scesa da 5 μm a 0,5 μm e il tasso di endotelizzazione è aumentato del 30%.
3. Attrezzature industriali: abbattiamo i costi di manutenzione e facciamo funzionare meglio le cose
La lucidatura chimica migliora le condizioni delle superfici, riducendo l'attrito e il consumo di energia delle apparecchiature industriali.
Realizzazione di stampi: dopo la lucidatura chimica, la rugosità superficiale degli stampi a iniezione stampati in 3D passa da 8 μm a 0,5 μm, la forza necessaria per rimuovere lo stampo diminuisce del 40% e lo stampo dura tre volte di più.
La lucidatura chimica può eliminare le bave nel canale di flusso del corpo della valvola e facilitare il flusso dei fluidi. Ad esempio, dopo la lucidatura chimica, il corpo della valvola idraulica-stampato in 3D di Caterpillar riduce la perdita di pressione del 15% e aumenta l'efficienza del sistema dell'8%.