ما هو المستوى الذي يمكن أن يرفع إليه التلميع سطح الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد؟

1. خشونة السطح: قفزة من الميكروميتر إلى النانومتر
تعد خشونة السطح مقياسًا رئيسيًا لجودة سطح الجزء. وله تأثير مباشر على مدى مقاومتها للتآكل، ومدى عملها مع الاحتكاك، ومدى عملها مع الضوء. تؤثر إعدادات العملية ونوع المادة واتجاه الطباعة بشكل كبير على مدى خشونة الأجزاء المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد في البداية. على سبيل المثال، يمكن أن تصل خشونة سطح أجزاء سبائك التيتانيوم المصنوعة باستخدام طريقة ذوبان طبقة مسحوق الليزر (LPBF) إلى Ra15–20 ميكرومتر عند قياسها عبر اتجاه الطباعة. ومع ذلك، عند قياسها على طول اتجاه الطباعة، يمكن أن تكون الخشونة منخفضة حتى Ra8–12 ميكرومتر لأن الطبقات متداخلة بشكل أكثر إحكامًا. التلميع يمكن أن يجعل السطح أكثر سلاسة:
التلميع الميكانيكي: باستخدام آلات التلميع الآلية والمواد الكاشطة الماسية، يمكن خفض خشونة سطح أجزاء سبائك الألومنيوم المصنوعة بطريقة BJ (الرش اللاصق) من Ra2.4 μm إلى Ra0.8 μm أو أقل، وهو أمر جيد بما يكفي لمعظم وظائف التجميع الميكانيكي. بالنسبة للاحتياجات-عالية الدقة، مثل دعم المرايا البصرية، فإن التلميع متعدد المراحل-(التلميع الخشن → التلميع الناعم → التلميع فائق الدقة) يمكن أن يقلل من خشونة السطح إلى Ra0.05 ميكرومتر، وهو قريب من مستوى طحن المرآة النموذجي.
التلميع الكيميائي: تستخدم هذه الطريقة محاليل حمضية أو قلوية لإذابة النتوءات السطحية بشكل انتقائي. إنه يعمل بشكل جيد على هياكل التجويف الداخلي المعقدة. على سبيل المثال، ارتفعت خشونة سطح دعامات القلب والأوعية الدموية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L من Ra6 ميكرومتر إلى Ra0.2 ميكرومتر بعد التلميع الكيميائي. وقد أدى هذا إلى التخلص من الغلاف الميكروي-مثل المرفقات التي تكونت أثناء الطباعة، مما أدى إلى تقليل خطر الإصابة بتجلط الدم.
التلميع بالليزر: استخدام أشعة ليزر قوية لإذابة المواد السطحية في منطقة صغيرة ثم ترك التوتر السطحي للمعدن السائل يقوم بعمل تنعيمها. تشير الدراسات إلى أنه بعد إجراء خمس عمليات مسح بالليزر لمكونات الفولاذ المقاوم للصدأ 316L المنتجة باستخدام طريقة SLM، تضاءلت خشونة السطح من Sa21 ميكرومتر إلى Sa1 ميكرومتر، محققة معدل تخفيض قدره 96%، دون تكوين طبقة تلف تحت السطح تعزى إلى التلميع الميكانيكي.
2. البنية المجهرية: التحسين من العيوب إلى التكثيف
التلميع لا يجعل السطح يبدو أفضل فحسب، بل يجعل المادة أقوى أيضًا عن طريق التخلص من العيوب الصغيرة:
إغلاق الشقوق: الشقوق الصغيرة التي تتشكل عندما تبرد الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد بسرعة كبيرة يمكن إغلاقها جزئيًا عن طريق ضغط التلميع الميكانيكي. على سبيل المثال، بعد تلميع الاهتزاز، انخفضت كثافة الكسر السطحي لشفرة توربين محرك طيران معينة بنسبة 40%، وارتفع عمر الكلال العالي بنسبة 25%.
التخلص من الإجهاد المتبقي: يعمل التلميع الكيميائي على تخفيف إجهاد الشد المتبقي عن طريق تحطيم الطبقة السطحية، مما يمنع التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي. أظهرت معالجة التخليل لأجزاء سبائك التيتانيوم TC4 أن التوتر المتبقي على السطح انخفض من -150MPa إلى -50MPa، وانخفض معدل التآكل الناتج عن رش الملح بنسبة 60%.
يمكن أن يؤدي التلميع بالليزر إلى إعادة ذوبان السطح، مما قد يجعل حجم الحبوب أكثر تجانسًا. تشير الدراسات التي أجريت على سبيكة Inconel 718 ذات درجة الحرارة المرتفعة إلى أن التلميع بالليزر يعمل على تحسين حجم الحبوب السطحية من 50 ميكرومتر إلى 10 ميكرومتر، وتعزيز الصلابة بنسبة 15%، وتقليل معدل زيادة الوزن عند الأكسدة عند 650 درجة بنسبة 30%.
3. الأداء الوظيفي: الانتقال من الأداء الأساسي إلى الأداء العالي-.
يرتبط التحسين في جودة السطح بعد-التلميع ارتباطًا مباشرًا بتحسين الأداء الوظيفي:
تحسين مقاومة التآكل: يمكن للأسطح الأكثر سلاسة أن تقلل من احتمالية ملامسة الكيانات المحدبة الصغيرة لبعضها البعض على سطح التلامس. أشار اختبار الاحتكاك على المكونات الفولاذية الحاملة GCr15 إلى أن تلميع السطح من Ra1.6 μm إلى Ra0.2 μm أدى إلى انخفاض معامل الاحتكاك من 0.15 إلى 0.08 وانخفاض كمية التآكل بنسبة 70%.
مقاومة أفضل للتآكل: السطح الأملس يجعل من الصعب على المواد المسببة للتآكل أن تلتصق، كما أن طبقة التخميل التي تتشكل أثناء التلميع الكيميائي تضيف المزيد من الحماية. بعد التلميع الكهروكيميائي، انخفضت كثافة تيار التآكل لـ 304 أجزاء من الفولاذ المقاوم للصدأ في محلول كلوريد الصوديوم 3.5% من 1.2 × 10 ⁻⁵ أمبير/سم ² إلى 2.5 × 10 ⁻⁶ أمبير/سم ²، كما ارتفعت مقاومة التآكل بمقدار 5 مرات.
تحسين الأداء البصري: أظهرت الأبحاث التي أجريت على تلميع المرايا المصنوعة من سبائك الألومنيوم AlSi10Mg أنه عندما يتم تقليل خشونة السطح من Ra3.2 ميكرومتر إلى Ra0.05 ميكرومتر، فإن انعكاس الضوء المرئي يرتفع من 85% إلى 92%، وهو ما تحتاجه أنظمة الاتصالات بالليزر.
4. التطبيق الصناعي: الانتقال من المعمل إلى المصنع
تم استخدام تقنية التلميع على نطاق واسع في المجالات التي تتطلب معايير صارمة لجودة السطح:
الفضاء الجوي: يتم استخدام التلميع بالليزر على نوع معين من فوهة محرك الصاروخ لجعل السطح أقل خشونة، من Ra12 ميكرومتر إلى Ra0.8 ميكرومتر. تم رفع عمر الدورة الحرارية في بيئة الفضاء المحاكاة (نطاق درجة الحرارة: -180 درجة إلى 300 درجة) من 50 إلى 200 مرة.
الغرسات الطبية: بعد التلميع الكيميائي، ارتفعت خشونة سطح مفصل الورك الاصطناعي المصنوع من سبائك التيتانيوم من Ra8 ميكرومتر إلى Ra0.5 ميكرومتر. وهذا جعل الخلايا تلتصق بالزرعات بشكل أفضل بنسبة 40%، كما جعل العظام تتكامل معها بشكل أسرع بنسبة 30%.
القالب الدقيق: بعد التلميع باستخدام الطحن المتكيف مع الشكل (SAG)، تنخفض خشونة السطح لقلب قالب حقن السيارات إلى Ra0.02 μm، ويزداد عمر القالب من 100,000 مرة إلى 500,000 مرة، ويرتفع لمعان سطح المنتج بمقدار مستويين.