Ffactorau sy'n Effeithio Ar Garwedd Arwyneb Mewn Argraffu Metel 3D

Mae garwedd wyneb rhannau printiedig metel 3D yn amrywio'n sylweddol yn dibynnu ar ystod o ffactorau, ac yn gyffredinol mae'n disgyn rhywle rhwng ychydig ficromedrau a sawl degau o ficromedrau. Yn wahanol i rannau wedi'u peiriannu'n draddodiadol, lle mae gorffeniad wyneb yn bennaf yn swyddogaeth geometreg offer a pharamedrau torri, mae gweithgynhyrchu ychwanegion metel yn cyflwyno set lawer ehangach o newidynnau - y broses argraffu ei hun, nodweddion ffisegol y deunydd sy'n cael ei argraffu, ac mae'r camau ôl-brosesu a gymhwysir wedi hynny i gyd yn rhyngweithio i bennu'r cyflwr arwyneb terfynol. Mae deall sut mae pob un o'r ffactorau hyn yn cyfrannu yn helpu i egluro pam y gall dwy ran sydd wedi'u hargraffu o'r un dyluniad fod ag ansawdd arwyneb sy'n ystyrlon o wahanol.

Cyfuniad Gwely Powdwr Laser (L-PBF). Dyma un o'r prosesau argraffu metel 3D mwyaf cyffredin a ddefnyddir heddiw. Mae'n gweithio trwy ddefnyddio laser ynni uchel i doddi powdr metel, sydd wedyn yn cael ei adeiladu fesul haen i siâp y rhan olaf. O dan amodau delfrydol, gellir rheoli garwedd arwyneb gyda'r broses hon i tua Ra 10-30μm. Er enghraifft, wrth argraffu rhannau metel gyda strwythurau cymharol syml gan ddefnyddio'r broses hon, gellir cyflawni lefelau garwder cymharol isel unwaith y bydd y paramedrau wedi'u optimeiddio. Mae hyn oherwydd bod yr egni laser wedi'i grynhoi'n weddol, gan ganiatáu rheolaeth fanwl gywir dros siâp a maint y pwll toddi. Mae'r manwl gywirdeb hwn yn golygu bod y powdr yn ffiwsio ac yn pentyrru'n fwy dwys wrth iddo galedu, sy'n helpu i leihau garwedd arwyneb i ryw raddau. Mae natur dynn y pelydr laser hefyd yn golygu y gellir lleihau mewnbwn thermol i'r powdr amgylchynol, heb ei doddi, gan leihau faint o bowdr wedi'i sintro'n rhannol sy'n tueddu i lynu wrth ymylon nodwedd brintiedig a chyfrannu at orffeniad mwy garw.

Toddi Trawst Electron (EBM). Mae'r broses hon yn defnyddio pelydr electron i sganio a thoddi powdr metel. Mae rhannau a argraffwyd gan ddefnyddio'r broses hon fel arfer yn dod o fewn ystod garwedd gyffredinol debyg, er y gall canlyniadau amrywio yn dibynnu ar nodweddion y pelydr electron a'r strategaeth sganio a ddefnyddir. Mae trawstiau electron yn cario egni uchel ac yn cynnig ffocws rhagorol, gan alluogi toddi manwl uchel a ffurfio rhan. Mewn cymwysiadau lle mae gofynion ansawdd wyneb yn arbennig o anodd, gall tiwnio paramedrau proses yn fanwl gywir i lawr i agos at Ra 10μm neu hyd yn oed yn is. Mae'n werth nodi bod EBM fel arfer yn cael ei wneud ar dymheredd uwch y siambr ac o dan amodau gwactod, sy'n newid sut mae'r gwely powdr yn ymddwyn o'i gymharu â phrosesau sy'n seiliedig ar laser - mae'r tymheredd uchel yn lleihau straen thermol yn ystod y cyfnod adeiladu, ond gall hefyd achosi mwy o ronynnau powdr i sinter ysgafn gyda'i gilydd o amgylch cyfuchliniau rhan nag arwynebau, sef un rheswm ychydig yn wahanol o ran arwynebau, sef un o'r nodweddion arwynebol ychydig yn wahanol weithiau. L-Arwynebau PBF hyd yn oed pan fo gwerthoedd garwedd enwol yn debyg.

Deunyddiau metel gwahanol. Mae pwynt toddi, gludedd, a nodweddion ffisegol eraill deunydd penodol yn effeithio'n uniongyrchol ar lifadwyedd ac ymddygiad lledaenu powdr yn ystod y broses argraffu, sydd yn ei dro yn dylanwadu ar garwedd wyneb. Er enghraifft, mae aloion alwminiwm - sydd â phwynt toddi cymharol isel a llifadwyedd da - yn tueddu i lenwi bylchau a ffurfio arwynebau llyfn yn haws yn ystod argraffu, ac yn gyffredinol gall eu garwedd gyrraedd yr ystod o Ra 15-25μm. Mewn cyferbyniad, efallai na fydd rhai metelau â phwyntiau toddi uwch a mwy o gludedd, megis rhai uwch-aloiau tymheredd uchel, yn ymledu a ffiwsio mor ddelfrydol yn ystod y broses argraffu, a gall eu garwder redeg ychydig yn uwch - fel arfer yn yr ystod o Ra 20-35μm. Mae'r gwahaniaeth hwn yn bwysig yn ymarferol: mae dylunydd rhan sy'n dewis rhwng aloi alwminiwm ac uwch-aloi sy'n seiliedig ar nicel ar gyfer cymhwysiad penodol nid yn unig yn pwyso priodweddau mecanyddol a gwrthiant tymheredd, ond hefyd yn derbyn gorffeniad arwyneb gwaelodlin gwahanol yn ymhlyg cyn i unrhyw bostiad gael ei brosesu.

Cyfansoddiad aloi. Mae cyfran y gwahanol elfennau o fewn aloi hefyd yn effeithio ar garwedd wyneb. Er enghraifft, gall aloion sy'n cynnwys cyfran uwch o elfennau hawdd eu ocsideiddio brofi dirywiad ansawdd wyneb oherwydd ocsideiddio yn ystod y broses argraffu, sydd yn ei dro yn cynyddu garwedd. Mae'r effaith hon yn arbennig o berthnasol ar gyfer prosesau argraffu metel 3D nad ydynt yn gweithredu mewn amgylchedd cwbl anadweithiol neu wactod, lle gall amlygiad ocsigen hybrin yn ystod cylch toddi pob haen gronni i effaith fesuradwy ar yr wyneb gorffenedig dros gyfnod adeiladu a all gynnwys miloedd o haenau unigol.

Triniaeth wres. Gall triniaeth wres briodol leddfu straen mewnol a gwella strwythur metelegol rhan, a thrwy hynny leihau garwedd wyneb. Ar ôl triniaeth wres, gall wyneb rhan ddod yn amlwg yn fwy gwastad, gyda garwedd yn cael ei leihau gan sawl micromedr. Er enghraifft, mae anelio rhan fetel printiedig ar ôl y gwaith adeiladu yn helpu i fireinio'r strwythur grawn, gan wneud microstrwythur yr wyneb yn fwy unffurf. Gellir lleihau'r garwder o tua Ra 20μm cyn triniaeth i tua Ra 15μm wedi hynny. Er bod triniaeth wres yn aml yn cael ei gymhwyso'n bennaf i leddfu straen gweddilliol a gwella priodweddau mecanyddol megis hydwythedd, mae ei effaith ar garwedd arwyneb yn fantais eilaidd - un y mae dylunwyr weithiau'n ei anwybyddu wrth gynllunio dilyniant prosesu post llawn rhan, er y gall leihau'n ystyrlon faint o orffeniad mecanyddol sydd ei angen i lawr yr afon.

Prosesu mecanyddol. Gellir lleihau garwedd yn sylweddol trwy ddulliau prosesu mecanyddol megis sandio a sgleinio. Mae sandio yn cael gwared ar allwthiadau arwyneb ac amherffeithrwydd, gan wella gwastadrwydd arwyneb cyffredinol. Yna mae sgleinio yn mireinio'r wyneb ymhellach, gan ddod â garwedd i lawr i ychydig ficromedrau neu hyd yn oed yn is. Er enghraifft, ar ôl sgleinio dirwy, gall garwedd rhan argraffedig metel 3D gyrraedd islaw Ra 5μm, gan fodloni gofynion ceisiadau â gofynion gorffeniad wyneb hynod o uchel, megis cydrannau offeryn optegol. Mae'r math hwn o ddilyniant gorffen - triniaeth wres i sefydlogi'r deunydd, wedi'i ddilyn gan sandio i gael gwared ar nodweddion arwyneb gros, ac yna caboli i gyflawni ansawdd wyneb terfynol - yn adlewyrchu pa mor anaml y cyflawnir gostyngiad garwedd mewn gweithgynhyrchu ychwanegion metel trwy un cam. Yn lle hynny, mae fel arfer yn cynnwys cyfuniad haenog o driniaethau thermol a mecanyddol, pob un yn mynd i'r afael â graddfa wahanol o afreoleidd-dra arwyneb, o ryddhad straen swmp i lawr i esmwythder lefel micron.

Gyda'i gilydd, mae'r tri chategori hyn o ffactorau - math o broses, priodweddau deunydd, a dull prosesu post - yn rhyngweithio yn hytrach na gweithredu'n annibynnol. Mae’n bosibl y bydd rhan sy’n cael ei argraffu drwy L{4}PBF o aloi alwminiwm gludedd isel gyda pharamedrau wedi’u optimeiddio’n dda eisoes yn cyflawni garwder cymharol ffafriol, tra gallai’r un dyluniad a argraffwyd o uwch-aloi gludedd uchel trwy EBM ddechrau o waelodlin fwy garw hyd yn oed cyn i unrhyw bostiad gael ei brosesu. Mae hyn yn golygu nad mater o nodi cam prosesu post ar ddiwedd y llif gwaith yn unig yw cyflawni gorffeniad arwyneb targed ar gyfer cais penodol, ond mae angen ystyried y broses a'r dewis o ddeunydd o'r cychwyn cyntaf, gan fod y penderfyniadau hyn i fyny'r afon yn gosod y llawr a'r nenfwd ymarferol ar gyfer yr hyn y gall prosesu post ei gyflawni'n realistig. Ar gyfer ceisiadau â gofynion gorffeniad wyneb llym, mae deall sut mae'r newidynnau hyn yn rhyngweithio yn caniatáu i beirianwyr ddewis y cyfuniad cywir o broses, deunydd, a dull gorffen o'r cychwyn cyntaf, yn hytrach na cheisio gwneud iawn am gyflwr arwyneb cychwynnol gwael trwy brosesu helaeth a chostus i lawr yr afon.