Quin és el paper del poliment químic en la impressió 3D de metalls?

一, La idea principal darrere del poliment químic és dissoldre selectivament i reconstruir la superfície.
La interacció d'oxidació-reducció entre reactius químics (com solucions àcides o alcalines) i la superfície metàl·lica fa que la capa superficial es dissolgui de manera regulada durant el poliment químic. Les seves parts principals són:
Les protuberàncies microscòpiques es dissolen més fàcilment: quan la superfície és desigual (com quan hi ha marques de superposició de la piscina de soldadura o partícules de pols no foses), el fenomen de la "protrusió es dissol preferentment" es produeix perquè hi ha més àrea exposada i una velocitat de reacció química més ràpida.
Anivellació per tensió superficial: quan els ions metàl·lics es dissolen, van cap a llocs còncaus a causa de la tensió superficial. Això crea una superfície llisa i uniforme un cop s'endureix. Per exemple, el poliment químic pot reduir la rugositat superficial (Ra) de l'aliatge de titani imprès en 3D de 6-12 μm a 0,2-1 μm, que es troba dins dels criteris de biocompatibilitat necessaris per als implants mèdics.
Eliminació de la capa de falla: el poliment químic pot eliminar amb precisió les partícules de pols no foses que queden enganxades a la superfície (uns 70 μm de gruix), la qual cosa evita els danys subsuperficials que es poden produir amb el poliment mecànic estàndard. Els investigadors de Singapur han creat una nova manera de polir l'acer inoxidable 316L que utilitza polsos d'alt-tensió i poliment electroquímic tradicional per fer que la superfície sigui menys rugosa. El nou mètode manté les propietats d'absorció d'energia-de l'estructura de gelosia original.
2, l'objectiu principal del polit químic és millorar la superfície i fer-la més útil.
1. Millora de la qualitat de la superfície: eludir els límits geomètrics i polir estructures complexes
Quan es tracta de polir, les complicades formes geomètriques de la impressió 3D metàl·lica, com ara gelosies, canals interns i estructures poroses, poden ser difícils de treballar. El poliment químic, que no requereix contacte, és ara la millor manera de manejar aquest tipus d'estructures:
Polit dels canals interns: els reactius químics poden entrar en canals interns que només tenen uns pocs micròmetres d'amplada per eliminar les rebaves creades per la superposició de la piscina de fosa. Per exemple, després del poliment químic, el canal de flux intern del broquet de combustible d'un motor d'avió redueix la resistència al flux en un 15% i fa que el motor utilitzi menys combustible.
Optimització de l'estructura porosa: el poliment químic pot eliminar les capes esfèriques soltes a la superfície del porus d'implants mèdics com les copes de maluc i els dispositius de fusió intercossos. Això facilita que les cèl·lules òssies s'adhereixin als implants. Els estudis indiquen que la rugositat superficial de l'aliatge de titani porós polit es redueix en un 90%, mentre que la taxa d'integració òssia augmenta en un 40%.
El poliment químic pot funcionar en qualsevol forma de peça, per tant, també pot funcionar en superfícies de-forma lliure. Per exemple, el poliment químic va fer que la complicada superfície aerodinàmica de les pales de turbines impreses en 3D fos més suau entre 10 μm i 1 μm i va augmentar el seu rendiment aerodinàmic en un 8%.
2. Millora del rendiment mecànic: desfer-se dels defectes i allargar la vida a la fatiga
Les esquerdes de fatiga en objectes metàl·lics impresos en 3D comencen amb defectes superficials. El poliment químic millora les característiques mecàniques de les maneres següents:
Reducció de l'estrès residual: el poliment químic pot reduir parcialment l'estrès residual causat per la impressió dissoldre les regions minúscules. Per exemple, el poliment químic pot allargar la vida útil de fatiga de baix cicle dels aliatges d'alta-temperatura basats en níquel impresos en 3D-des de 5.000 cicles fins a 12.000 cicles.
Eliminació de la causa de les esquerdes: les marques superposades de partícules de pols no foses i la piscina fosa són llocs habituals on comencen les esquerdes. El poliment químic pot solucionar aquests problemes i augmentar el llindar per al creixement de les esquerdes per fatiga en un 30%.
Densificació superficial: la capa superficial es torna més densa després del polit químic a causa del procés de dissolució i després solidificació de nou. Per exemple, després del poliment químic, la porositat d'un aliatge de crom cobalt-imprès en 3D baixa del 0,8% al 0,02% i la seva resistència a la corrosió augmenta cinc vegades.
3. Optimització de la biocompatibilitat: compleix estrictes estàndards mèdics
Els implants mèdics han de tenir una superfície molt llisa i ser biocompatibles. El poliment químic atén les necessitats del camp mèdic de les següents maneres:
Les superfícies rugoses poden convertir-se fàcilment en amagatalls per als bacteris, així que assegureu-vos de mantenir-les netes. El poliment químic pot fer que les superfícies siguin més llises fins a un nivell sub-micro, la qual cosa redueix molt el risc d'infecció. Després del poliment químic, la fixació de Staphylococcus aureus als implants de genoll fets d'aliatge de titani imprès en 3D-es va reduir un 90%, per exemple.
Control de l'alliberament d'ions: quan poliu qualsevol cosa mecànicament, pot afegir contaminants que provoquen que s'alliberin massa ions perillosos (com els ions de níquel). El poliment químic neteja la superfície utilitzant només reaccions químiques, la qual cosa assegura que l'alliberament d'ions compleix el requisit de biocompatibilitat ISO 10993.
Promoció de la regeneració dels teixits: les superfícies llises poden ajudar les cèl·lules a unir-se i reduir les reaccions immunològiques. Els estudis indiquen que la taxa de creixement dels osteoblasts a la superfície de l'aliatge de titani porós imprès en 3D polit químicament es duplica.
3, Usos del polit químic a la indústria: des de la prova de prototips fins a la fabricació de productes finals
1. Aeroespacial: fer que les coses siguin més fiables en condicions dures
Les pales dels motors d'avió, les cambres de combustió i altres peces han de ser capaços de suportar temperatures, pressions i condicions corrosives extremes. El poliment químic fa que les peces durin més, millorant l'estat de la superfície.
Pales de la turbina: el poliment químic pot eliminar les marques deixades per la piscina fosa a la superfície de les pales i frenar el procés d'oxidació a -alta temperatura. Després del poliment químic, les pales de la turbina del motor LEAP de GE Aviation, per exemple, poden suportar temperatures 50 graus més altes i durar un 20% més.
El poliment químic pot desfer-se de les microesquerdes a l'interior del revestiment de la cambra de combustió, cosa que fa que sigui més capaç de gestionar l'estrès tèrmic. Una prova de ciclisme tèrmic de 1.000 graus va demostrar que la taxa de propagació d'esquerdes dels revestiments d'aliatge d'aliatge-polit és un 60% inferior.
2. Implants mèdics: fer-los únics i útils
El poliment químic és la part més important del postprocessament mèdic d'impressió 3D. Admet tot el procés, des de personalitzar els dissenys fins a fer-los funcionar:
Els implants ortopèdics, com les copes de maluc i els dispositius de fusió intersomàtica, estan fets per adaptar-se al cos del pacient i necessiten poliment químic per aconseguir l'equilibri adequat entre la suavitat i el rendiment d'integració òssia. El dispositiu de fusió intercossos d'aliatge de titani imprès en 3D DePuy Synthes de Johnson&Johnson, per exemple, té una rugositat superficial de 0,8 μm després del poliment químic i una taxa d'èxit clínic de més del 95%.
Stent cardiovascular: el poliment químic pot eliminar les rebaves a la superfície de l'stent i reduir la possibilitat de trombosi. Després del poliment químic, la rugositat superficial del stent d'aliatge de níquel titani imprès en 3D de Boston Scientific va baixar de 5 μm a 0,5 μm i la taxa d'endotelització va augmentar un 30%.
3. Equips industrials: reduir els costos de manteniment i fer que les coses funcionin millor
El poliment químic millora l'estat de les superfícies, la qual cosa redueix la fricció i l'ús d'energia dels equips industrials.
Fabricació de motlles: després del poliment químic, la rugositat superficial dels motlles d'injecció impresos en 3D passa de 8 μm a 0,5 μm, la força necessària per treure el motlle baixa un 40% i el motlle dura tres vegades més.
El poliment químic pot eliminar les rebaves al canal de flux del cos de la vàlvula i facilitar el pas dels fluids. Per exemple, després del poliment químic, el cos de la vàlvula hidràulica-impressió en 3D de Caterpillar redueix la pèrdua de pressió en un 15% i augmenta l'eficiència del sistema en un 8%.