隨形水路的增材制造零件后處理研究

來源：中關村在線

眾所周知，增材制造技術可以精確地將內(nèi)部隨形冷卻流道集成到組件中。意大利米蘭理工大學的機械和化學工程部門聯(lián)合Rsler Italiana S.r.l.（專注于自動化后處理——去除殘留粉末并使這些通道光滑的表面） 用表面處理方法、噴丸處理方法和化學支持方法的進行了批量拋光的研究。結果顯示這三種方法都可以實現(xiàn)整體表面質(zhì)量的顯著改善。

冷卻通道的集成為模具制造行業(yè)提供了重要的技術優(yōu)勢
通過增材制造（AM）技術，可以生產(chǎn)出傳統(tǒng)制造技術無法實現(xiàn)的極其精確的幾何形狀零件。它還能打印出具有集成功能特征的高度復雜的組件，例如精確放置的隨形冷卻流道。模具制造，液壓元件和航空航天制造業(yè)對增材制造技術這些獨特的性質(zhì)非常感興趣，特別是模具制造行業(yè)，隨形冷卻流道的集成具有明顯的技術優(yōu)勢。

此外，借助精確遵循部件輪廓的冷卻系統(tǒng)，可以大大減少冷卻時間。最后，由于可以防止工件翹曲和熱檢查等故障，因此對注塑成型部件更有效的冷卻功能可提高部件的整體質(zhì)量。

激光選區(qū)熔化是制造模具零件的理想選擇。但是，它們的表面（包括內(nèi)部通道）包含AM工藝殘留的粉末，初始粗糙度比較高。

激光選區(qū)熔化–形狀完美但表面粗糙度高
工具組件的生產(chǎn)的主要制造方法是“激光選區(qū)熔化”（SLM）。通過用激光束在限定層中選擇性地熔化粉末來生產(chǎn)零件，提高了零件的致密性。但是這種制造方法的缺點是系統(tǒng)中的壓力損失以及可能損壞其他設備的松散顆粒，導致流速降低。由于具有集成型腔的復雜組件的內(nèi)表面無法使用傳統(tǒng)的精加工技術進行處理，因此需要新的后處理方法。

因此，選擇合適的表面處理系統(tǒng)對于組件的使用壽命和系統(tǒng)的整體效率至關重要。平滑AM組件內(nèi)外表面的一種方法是批量拋光。在精加工過程中，將工件浸入裝有特殊加工介質(zhì)的圓形工作碗中。另外，在該過程中添加了專用化合物。工作碗的振動使介質(zhì)和工件以螺旋運動的方式在工作碗周圍移動。介質(zhì)對工件的持續(xù)“摩擦”會產(chǎn)生磨削/平滑效果，從而產(chǎn)生所需的表面質(zhì)量。

批量加工可有效地平滑隨形冷卻流道表面積
Politecnico Milano的機械和化學工程部門與Rsler Italiana S.r.l.一起評估了用于平滑AM組件的內(nèi)外表面的各種處理方法（包括批量涂飾），這個過程涉及到了對不同形狀和不同直徑的隨形冷卻流道(3、5、7.5和10毫米)的零件進行質(zhì)量修整、噴丸和化學支撐質(zhì)量修整。三個表面處理方法的結果驚人的相似：工件表面最光滑，如相對較低的表面粗糙度讀數(shù)所示，并顯示出典型的化學加速精加工優(yōu)勢。化學支撐質(zhì)量精加工方法的Ra值為0.7 μm，表面粗糙度值最低，循環(huán)時間最短。結果還表明，在垂直和水平流道中，最終粗糙度值大致相同。

該研究還證明，大量精加工可以在不影響幾何形狀通道情況下，在內(nèi)表面區(qū)域產(chǎn)生所需的平滑效果，處理后的表面也無粉末“飛濺”和散粉殘留。這三種處理方法都改善了內(nèi)部通道區(qū)域的表面粗糙度讀數(shù)。但是，在最短的循環(huán)時間內(nèi)，用化學方法大批量精加工的效果最好。

全自動加工一體機
本次測試是在AM Solutions公司進一步開發(fā)的一臺M3機器上進行的，這家公司是Rsler集團的一個品牌，專門從事3D打印零件的后處理。

對現(xiàn)有M3系統(tǒng)進一步開發(fā)，將來不僅可以對隨形冷卻流道進行有效的、有針對性的處理，而且將是一個完全自動化的系統(tǒng)，不需要任何人工，可以連續(xù)完成3D打印組件。當然，工件的裝卸也可以通過機器人自動進行。研磨介質(zhì)和化合物的精確加料分別具有特殊的補充，加料系統(tǒng)和設備的“啟動”功能也是全自動的。根據(jù)表面光潔度的要求，可以依次執(zhí)行幾次研磨和拋光過程。在從工作碗中自動排出介質(zhì)后，將已處理的工件從夾緊裝置中取出。如果需要，可以添加一個單獨的清潔和干燥階段，當然也可以是全自動的。對于工件處理（包括轉移到后續(xù)制造階段）也是如此。系統(tǒng)控件允許存儲和調(diào)用多個特定于工件的處理程序。只需按下按鈕或使用工件識別系統(tǒng)，即可選擇各種工件的工藝參數(shù)。

迄今為止，隨形冷卻流道由于難以觸達，根本無法加工，只能動用大量勞動力來加工。AM組件的自動后處理現(xiàn)在能夠在短期內(nèi)完成這項工作，而成本只占一小部分，最重要的是它具有出色的精加工結果。