现在的制造业,金属3D打印越来越火,就像有了魔法一样能直接 “变” 出零件。不过打印完可不是万事大吉,这些刚 “出炉” 的金属零件,还得再 “加工打磨” 一番才能用。常见的加工方法有热处理、表面处理、热等静压等等,每种方法都有自己的 “拿手好戏”。接下来,咱们就详细聊聊这些处理方法,还有怎么根据零件的实际用途,挑出最合适的处理方案。
热处理:优化材料性能的 “魔法”
工艺原理
热处理是通过对金属3D打印件进行加热、保温和冷却的过程,改变材料的组织结构,从而改善其性能。常见的热处理工艺有退火、正火、淬火和回火等。退火是将打印件加热到一定温度后,保持一段时间,然后缓慢冷却;正火的加热温度与退火相近,但冷却速度更快;淬火是将打印件加热到高温后迅速冷却,以提高硬度和强度;回火则是在淬火后,将打印件加热到较低温度,保温后冷却,用于消除淬火产生的内应力,降低脆性。
达到效果
消除内应力:金属 3D 打印过程中,由于材料的不均匀冷却和凝固,会在打印件内部产生较大的内应力。退火和回火工艺能够有效消除这些内应力,防止打印件在后续使用过程中发生变形或开裂。
改善机械性能:淬火和回火的组合可以显著提高打印件的硬度、强度和韧性。例如,经过淬火和回火处理的金属 3D 打印件,其抗拉强度和耐磨性会得到大幅提升,适用于对强度要求较高的机械零部件。
细化晶粒:合适的热处理工艺可以使金属打印件的晶粒细化,从而提高材料的综合性能,如塑性、韧性和疲劳强度等。
选择依据
如果打印件在使用过程中容易发生变形,或者对尺寸稳定性要求较高,可选择退火工艺;若需要提高打印件的硬度和强度,可采用淬火和回火工艺;对于一些对塑性和韧性要求较高的部件,则可以通过正火处理来改善其性能。例如,航空航天领域的金属3D打印结构件,为了保证其在复杂应力环境下的稳定性和可靠性,通常会采用淬火和回火的热处理方式。
表面处理:提升外观与性能的 “美容术”
工艺原理
表面处理是通过物理、化学或机械的方法,对金属 3D 打印件的表面进行加工,以改善其外观、耐腐蚀性、耐磨性等性能。常见的表面处理工艺包括打磨、抛光、喷砂、电镀、化学镀、阳极氧化等。打磨和抛光是通过机械研磨的方式,去除打印件表面的粗糙层,使其表面光滑;喷砂是利用高速砂流的冲击作用,清理和粗化打印件表面;电镀和化学镀是在打印件表面沉积一层金属或合金,提高其耐腐蚀性和美观度;阳极氧化则主要用于铝合金等金属,通过电化学方法在表面形成一层氧化膜,增强耐腐蚀性和耐磨性。
达到效果
改善外观质量:打磨、抛光和喷砂等工艺可以去除打印件表面的层纹、毛刺等缺陷,使其表面更加光滑平整,提升外观美观度。电镀和化学镀能够赋予打印件不同的颜色和光泽,满足不同的装饰需求。
提高耐腐蚀性:电镀、化学镀和阳极氧化形成的表面膜层,能够有效隔离金属与外界环境的接触,防止金属腐蚀。例如,经过电镀处理的金属 3D 打印件,其耐腐蚀性可提高数倍甚至数十倍。
增强耐磨性:一些表面处理工艺,如化学镀硬铬、阳极氧化等,可以在打印件表面形成坚硬的膜层,提高表面的耐磨性,延长部件的使用寿命。
选择依据
如果打印件对外观要求较高,如用于装饰或展示的金属制品,可选择打磨、抛光、电镀等表面处理方式;对于在腐蚀性环境中使用的部件,如海洋工程、化工设备中的金属 3D 打印件,应优先考虑电镀、化学镀或阳极氧化等提高耐腐蚀性的处理工艺;而对于需要提高耐磨性的机械传动部件,则可以采用化学镀硬铬、渗氮等表面处理工艺。
热等静压:消除内部缺陷的 “修复师”
工艺原理
热等静压(Hot Isostatic Pressing,简称 HIP)是将金属 3D 打印件置于高压容器中,在高温高压的环境下,使打印件内部的孔隙、裂纹等缺陷得到压实和愈合。热等静压过程中,打印件受到各向均匀的压力,材料在高温下发生塑性变形,从而消除内部缺陷,提高材料的致密度和性能。
达到效果
消除内部缺陷:热等静压能够有效消除金属 3D 打印件内部的孔隙、缩松、微裂纹等缺陷,使材料的致密度接近 100%,大大提高打印件的力学性能和可靠性。
改善组织均匀性:在高温高压的作用下,打印件内部的组织结构得到均匀化,减少成分偏析和组织不均匀性,进一步提升材料的综合性能。
选择依据
对于对内部质量要求极高的金属 3D 打印件,如航空航天发动机的高温合金部件、医疗器械中的关键金属零件等,热等静压是必不可少的后处理工艺。这些部件在使用过程中承受着高温、高压、高应力等恶劣条件,任何内部缺陷都可能导致严重的安全问题,通过热等静压处理,可以有效提高部件的质量和可靠性。
金属 3D 打印的后处理工艺丰富多样,每种工艺都有着独特的功能和适用场景。在实际应用中,我们需要根据打印件的具体需求,综合考虑其使用环境、性能要求、成本等因素,选择合适的后处理方式,甚至可能需要结合多种后处理工艺,才能使金属3D打印件达到最佳的性能和质量,充分发挥金属 3D 打印技术的优势,满足不同行业的应用需求。如果你对金属 3D 打印后处理工艺还有更多疑问,欢迎持续关注相关内容,探索更多知识。