3D打印產品表面粗糙度解決方案你了解有多少,？

來源：霍爾榜

增材制造技術在各領域都具有非常廣泛的應用前景,，但是壞在它的粗糙度非常的高,，10~50微米的粗糙度根本沒辦法滿足高端裝備對組件表面品質的要求,，它的實際應用還是很受限制,，對于增材制造產品來講,，它要走上實用之路,，進行合理的表面精整處理肯定是勢在必行的。2022年8月2日“增材制造復雜金屬構件表面精整的卡脖子點及案例解析“主題直播中,，學習到了目前適用于增材制造產品表面精整的解決方案,，也了解到了目前精整行業(yè)內的公認技術難題亟待攻克,。那么，3D打印產品表面粗糙度解決方案你了解有多少,？

△3D打印多孔結構的骨植入物

霍爾榜：激光精整技術它的激光跟SLM激光有什么差異,？
南京尚吉增材制造研究院：激光拋光、激光刻蝕,，還有SLM都屬于激光加工技術,。我覺得它們原理上并沒有特別大的區(qū)別，差異主要在于能量的大小,。做SLM的時候,，就需要足夠的能量熔化粉末再進行結晶，生成我們所要的形狀,。但是做激光拋光的話,，它需要的能量是比較低的，可能會需要多道掃描來實現平滑化,。

霍爾榜：仿形性拋光,，針對不同材料都有哪些材料驗證過了？
南京尚吉增材制造研究院：仿形性拋光技術,，其實它的范圍已經很廣了,，像我們講的磨粒流、氣液固三相,，電解質等離子體,，它們都是仿形性拋光。已經經過驗證的材料當然是很多種,，對于氣液固這種主要靠物理力來進行作用的,，只要不是超硬材料，其它的材料種類都應該是可以的,。

對于磨粒流加工也類似,，都主要靠機械力，所以它對于材料種類適用性很廣,，只要硬度不是過高,，應該都可以加工的�,？赡芪ㄒ灰�判斷的是電解質等離子體拋光,，它必須要在特定的溶液體系中才能夠進行。對于電解質等離子體這塊,，目前研究最為成功的案例是不銹鋼,，不銹鋼之后，最近兩年也開始陸續(xù)出現了鈦合金,、高溫合金,、銅合金,，還有銀的處理。

霍爾榜：仿形性拋光的往下侵蝕拋光速率大概能達到什么水平,？
南京尚吉增材制造研究院：這個問題其實是要分處理的技術種類的,，像等離子體拋光，它的拋光去除速率是可以根據工藝和時間來進行調的,，根據需要來設定去除速率和去除量。

氣液固這邊,，它因為去除速率比較慢,，所以一般去除效果是比較少的，可以作為光亮處理,。

磨粒流的話,，它就是一個比較大作用力的處理方式，去除速率和去除量都會比較大,，這個要結合具體工件的需求和工藝來進行分析,。

霍爾榜：電解質等離子拋光可以對零件拋光的同時進行減重嗎？對零件質量會減少多少,？
南京尚吉增材制造研究院：電解質等離子體拋光跟我們自己開發(fā)的技術差不多,，都是利用氣團爆破的能量來進行剝離的，就相當于有很多的微炸彈在爆炸,，打到工件表面肯定是能去除表面金屬的,。至于剝離量或者減重多少，需要根據客戶需求進行工藝和時間的調整,。

霍爾榜：鎢有合適的電解質嗎,？
南京尚吉增材制造研究院：鎢目前是一個很難處理的問題，因為鎢本身金屬的物理性能太穩(wěn)定了,，化學性能也太穩(wěn)定,，所以很難處理。我前面也試過一些,，可以有拋光效果,。但是我覺得它在反應的過程中，可能會生成一些毒害性的東西,，后來就沒有再繼續(xù)測試了,。

霍爾榜：鏡面級加工是什么標準，有哪些水平分級,？
南京尚吉增材制造研究院：說到鏡面級,，我們在跟客戶溝通過程中，客戶經常會問我們能不能幫他加工到鏡面級,，我們就要進一步追問他的鏡面等級是要到哪個等級,？大概粗糙度范圍是多少,？客戶通常又不知道了。所以,，關于鏡面等級我有必要跟大家講一下,，不管哪種成型或加工方式，都會在工件表面留下一些刀痕或者起伏的現象,，這就是所謂的表面粗糙度,，過去也叫做表面光潔度。像我們一般車床的話,，大概做到3.2微米的比較多,，做到1.6微米的已經是很高的車工水準了。

當然,，這個1.6跟我們講的鏡面拋光是沒有關系的,。當粗糙度大小到0.8微米層次的時候，就可以較清晰的倒映出物品的影像,，我們認為是初步獲得了鏡面加工的效果,。所以鏡面入門認為是0.8微米，0.8微米基本上是車不出來的,，通常要上磨床了,。

比較清晰的鏡面加工水準，粗糙度大概是0.3~0.4微米,，當粗糙度降低到0.1微米以后,，就已經進入到高品質的鏡面加工階段，比如像0.1它是一個暗光澤的鏡面,，0.05通常稱為亮光澤的鏡面效果,，0.025就是達到了鏡狀的光澤面效果，0.012和0.006基本上是比較高標準的鏡面標準,，也是很難達到的了,。

霍爾榜：鈦合金等離子拋光會有變色問題嗎？
南京尚吉增材制造研究院：我所了解到的鈦合金等離子體拋光應該是有這樣的問題,。因鈦合金它特別容易氧化,，它對溫度特別敏感，而等離子體拋光是需要溫度來進行啟動的,，所以鈦合金變色的問題是沒有辦法避免的,。但是它的變色，肯定跟普通做氧化處理得到氧化皮是不一樣的,，是可以輕松除去的,。

霍爾榜：內腔精整能提供一些思路嗎？
南京尚吉增材制造研究院：對于內腔體比較大,，可以用接觸式拋光方式,。腔體比較小的,，接觸式不方便進出，不方便流動的就不適合,。普通的內腔,，像比較直一些的，或者說變徑不是那么大的,，磨粒流還是一個比較成熟,、比較好的解決方式。如果內腔或者內流道特別復雜,，用磨粒流會發(fā)生局部變形,、過拋這一類的，就能用這個技術了,。當然，PPT匯報中提到的一些柔性加工技術,，像一些低毒性的化學拋光技術,，或者低粘度的磨粒拋光技術，我覺得也應該是有效的,，我們也正在進行這方面的探索,。

霍爾榜：磨粒流到底能不能比較多的去材料，然后對粗糙度的提高是什么級別,？比如說是從6.3提高到多少,？0.8能提高到嗎？
南京尚吉增材制造研究院：可以的,，磨粒流這項技術,，大家可以理解成橡皮泥包裹著硬質顆粒，在產品表面進行表面摩擦進行去除的,，把磨料換成不同粒徑的,，就可以實現不同粗糙度的加工效果。磨粒流是可以做到鏡面效果的,，但是中間可能需要換多道的磨料,、多次調整工藝。

霍爾榜：有格柵結構的鈦合金零件表面拋光有什么建議的拋光技術嗎,？
南京尚吉增材制造研究院：格柵結構我目前認為,，流體拋光是它的唯一選擇，其它的拋光技術都不適合它,。

霍爾榜：影響拋光成本的因素主要有哪些,？
南京尚吉增材制造研究院：這個就比較多了。首先,，拋光成本就必須涉及到拋光工藝的選擇,，第一個比較重要的就是,，產品的起始粗糙度和目標粗糙度，這兩者之間的差異決定了處理制程的類型和長短,。比如說,，要選擇哪些工藝組合，會得到什么樣的效果,，這些跟成本是正相關的,。

第二個是產品的尺寸、表面積大小,。就是尺寸表面積越大的,，需要處理的時間就越久，耗材也越多,，成本也就會越多,，這些大家都是可以理解的。另外一個就是產品的結構特征,，結構越復雜的處理難度越高,，對工藝要求也比較高一些，成本也就越高,。比如相互遮擋的窄縫,，曲面、尖銳角或者含孔流道這些,，就可能需要特殊的技術進行分段處理,，相對的成本肯定是高的。

另外一個就是產品材質,，材料不同,，它的物理化學性質不同，像硬度,、易氧化性,、生銹這些新性質都是不同的。像鈦合金,，它就非常容易發(fā)生自然氧化,，也容易發(fā)生加工硬化，它的機加工,，這些傳統(tǒng)加工的難度都很高,。對它進行化學或電化學加工的難度也比其它金屬要高，沒有其它技術成熟,，所以鈦合金的綜合加工成本也是比較高的,。

霍爾榜：不同的表面處理方式對材料的性能都會產生什么樣的影響？
南京尚吉增材制造研究院：我覺得主要取決于材料表面，所接受到的作用力的類型,，和加工以后材料表面的完整性來決定的,。比如像機加工、磨粒流這一類作用力是機械摩擦力的,，加工后的產品表面,，不可避免的會存在一些微裂紋和殘余硬力，會對工件的質量和使用壽命有一定的影響,。比如像產品有應力殘留發(fā)生了加工硬化,，它的硬度可能會有所提升。

另外一類像化學,、電化學腐蝕類的,，它可能會有一些腐蝕痕跡，會影響產品的強度,，也可能會存在一些氧化膜,，比如像不銹鋼在進行電化學拋光的時候會形成一個富絡膜，這個膜可以對產品的耐蝕性會有一定的影響,。等離子體拋光技術,，因它主要是靠工件表面緊密覆蓋的 高能粒團的持續(xù)轟擊產品表面的各個部分工作的，因此它做出來的產品表面基本上是沒有損傷的,，也沒有雜質殘留和應力殘留的現象，所以它加工產品的強度變化是不會很明顯的,。但是硬度可能會略微的降低,，這種均勻的打擊處理方式，會在一定程度上解除了加工硬化的效果,，對硬度可能會有一定的影響,，我們尚吉開發(fā)的精整技術也有類似的特性。

霍爾榜：工件拋光目前整個拋光技術能拋光最大的面積能有多大,？
南京尚吉增材制造研究院：我覺得這個問題可能需要看一下您的要求,，再選擇拋光技術。因為有些技術它是適用于大尺寸工件的拋光,，有些技術并不適用于大尺寸工件的拋光,，要根據您的需求具體選擇一下技術，再詳細地看待這個問題,。

霍爾榜：給大家一個關于流道的高精度的拋光案例,，讓大家也學習一下
南京尚吉增材制造研究院：可能比較著名的流道就是模具了，之前有很多朋友來咨詢,，對于模具,，它內部的要求肯定是鏡面級的，起始等級應該要做到0.06左右,，高的可能會到0.01的水準,，是一個非常高的鏡面水準,。

像電解拋光、流體拋光這些拋光方法,，因為它很難精準控制零件的幾何精度,，對模具可能是不太適用的�,；瘜W和超聲波,、磁流體拋光這一類的方法，它的表面質量可能達不到粗糙度等級的要求,。所以目前對于模具領域還是以機械拋光為主,，一般拋光的流程是先用粗的油石，對模具的型腔表面進行一道粗打磨,，粗打磨的目的主要是要去除加工的刀痕,，然后再使用下一等級的油石，去打磨掉上一等級粗的油石的加工印跡,。等把這些加工印跡逐級去除掉之后,，再用細的砂紙，對它的表面進行打磨,，最后還要使用像拋光膏,、研磨膏這類的，對型腔表面進行進一步的精整處理,，從而達到光亮如鏡的加工效果,。
當然也有部分模具局部，是可以使用超聲波拋光來進行增亮,，這樣的處理效率比較高一些,，行業(yè)內有人在用，但是普及率還是不高,，主要還是以機械人工為主,。

霍爾榜：目前南京尚吉的拋光技術都達到什么樣的技術水平了？
南京尚吉增材制造研究院：我們南京尚吉拋光技術,，是根據行業(yè)內多種拋光技術的特點,，融合了電場和流場拋光的特點而自行研發(fā)的。我們最低的粗糙度水準可以達到0.1微米,，能夠達到較好的鏡面級加工效果,。而且加工是均勻性的加工，因為電場和流場之間可以相互影響,，就可以在均勻性方面做比較多的工作,。

另外，對于我們技術加工產品的形狀精度也是比較高的，去除速率我們是可以通過工藝進行控制,，產品的尺寸公差可以做到±20微米,。同時，我們加工出來的產品也是沒有應力,，沒有裂紋,，沒有加工硬化層的，對原始材料性能幾乎沒有影響,。另外一點,，我們使用的試劑都是環(huán)保型水溶性的，不會有殘留,，產品表面也是非常干凈的,。